Microsoft propose d'utiliser la terre, les algues et le chanvre pour construire des data centers qui stockent le carbone,

Le béton étant à l'origine de 8 % des émissions de CO2 dans le monde

Le 8 novembre 2021 à 04:48, par Bruno

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Selon une étude intitulée Transformative Carbon-Storing Materials : Accelerating an Ecosystem et parrainée par la multinationale technologique, Microsoft, les centres de données et d'autres bâtiments pourraient être fabriqués à partir des matériaux tels que le chanvre et les algues qui stockent le carbone, au lieu d'utiliser du béton qui en émet. Pour Microsoft, si l'industrie du béton était un pays, elle émettrait plus de carbone que n'importe quelle autre nation dans le monde, à l'exception des États-Unis et de la Chine. Pourquoi ? Parce que le béton est fabriqué à des températures élevées qui nécessitent un apport énergétique important et parce qu'il fait appel à des réactions chimiques qui génèrent du CO2.

L’étude examine les matériaux traditionnels et d'autres qui en sont à un stade précoce de développement et qui pourraient être utilisés dans les sols, la structure et le revêtement des bâtiments. Il conclut que les six meilleures perspectives sont les dalles de terre, le béton fabriqué avec un ciment non traditionnel, les briques et les panneaux fabriqués avec des algues ou des fibres cultivées à dessein, et les tubes structurels fabriqués à partir de mycélium (fils produits par des champignons). « Ces matériaux suscitent un enthousiasme réaliste et méritent d'être investis pour faciliter et accélérer leur prototypage, leur mise à l'échelle, leur fabrication et leur utilisation commerciale dans la chaîne d'approvisionnement du secteur du bâtiment », indique le rapport.

Microsoft et Amazon ont tous deux investi dans CarbonCure, une entreprise qui pompe du CO2 dans le béton lorsqu'il prend, mais le processus ne compense que 5 % des émissions créées par un lot de béton et ne peut être utilisé que dans de petites portions de projets de construction, selon Data Center Dynamics, une publication commerciale de l'industrie des données basée à Londres.

À l'inverse, l'utilisation de matériaux durables est conforme à l'engagement pris par Microsoft de devenir une entreprise à bilan carbone négatif d'ici à 2030. Investir dans un plan de validation de concept pour mettre sur le marché de nouvelles technologies de stockage du carbone est conforme aux valeurs environnementales de Microsoft et à son engagement à devenir neutre en carbone dans ses activités actuelles et à éliminer de l'environnement tout le carbone émis historiquement par l'entreprise d'ici 2050.

Parallèlement à l'investissement dans de nouvelles technologies de stockage du carbone, l'ambition de Microsoft est d'accélérer le processus au niveau mondial en développant des technologies naissantes pour les fournisseurs du monde entier. Il s'agit notamment de défendre une politique publique à faible émission de carbone, de soutenir l'éducation et de promouvoir les matériaux de stockage du carbone.

Dans l'étude, Microsoft indique qu'il se fera le champion des politiques publiques à faible émission de carbone, et soutiendra les efforts d'éducation des étudiants pour lever les obstacles à l'utilisation de ces nouveaux matériaux, avec un programme "Idea" (Integrated Design, Engineering, and Architecture) pour promouvoir les matériaux de stockage du carbone, délivré par les collèges et le Climate Innovation Fund de Microsoft.

Une étude du NSI de 2020 financée par Microsoft s'est penchée sur les matériaux prêts à être utilisés dès maintenant, notamment le bois et le bambou. L'étude actuelle s'intéresse à ce qui se prépare, en vérifiant quels matériaux sont disponibles, à quel point ils sont avancés, où ils peuvent être utilisés et quels sont les risques. Voici quelques pistes.

Études de cas qui démontrent le potentiel des nouveaux matériaux

Panneaux biosourcés

Les matériaux biosourcés peuvent être assemblés sous forme de panneaux préfabriqués pour être utilisés dans les murs et pour les toitures. Ces panneaux peuvent être configurés comme des éléments structurels ou non structurels : ossature, isolation et revêtement. Les avantages de la construction avec des panneaux biosourcés incluent une intégration facile dans les pratiques de conception et de construction actuelles, une grande capacité de stockage du carbone, une option de matériau non toxique, l'utilisation de résidus de fibres disponibles localement et une technologie peu coûteuse.

Certains, comme les panneaux en plâtre d'argile et le ciment d'algues, offrent également une résistance au feu. Bien qu’il existe de nombreux exemples d'utilisation à petite échelle dans le monde, il est nécessaire de poursuivre la recherche et le développement (R&D) ainsi qu'un soutien à la fabrication pour adapter les produits biosourcés et les mettre rapidement sur le marché.

École Louise Michel d'Issy les-Moulineaux, France ; Sonia Cortesse, Architecte

L'école Louise Michel démontre le potentiel de l'utilisation de panneaux préfabriqués en bottes de paille dans un bâtiment à plusieurs étages. Ce bâtiment scolaire utilise une charpente en bois massif entourée de panneaux préfabriqués en bottes de paille. Unique dans le choix des matériaux, ce bâtiment a également été utilisé pour la conception utilise l'enceinte en bottes de paille pour répondre aux normes les plus élevées en matière d'efficacité énergétique et d'étanchéité à l'air. La capacité de l'enceinte en bottes de paille à être étanche à l'air tout en étant perméable à la vapeur constitue une avancée majeure dans la science du bâtiment pour les grandes structures.

Béton de chanvre

Le béton de chanvre est un matériau d'isolation fabriqué à partir de chènevotte (noyau) de chanvre et d'autres tiges agricoles broyées, liées entre elles par un liant à base minérale. Les caractéristiques de ce matériau isolant sont les suivantes : haute résistance au feu grâce aux propriétés du liant minéral, excellente résistance à l'humidité et à l'abrasion, bonne capacité de stockage du carbone, la non-toxicité et l'utilisation de résidus de fibres disponibles localement, y compris le tournesol et le tabac.

Le béton de chanvre est actuellement produit dans le monde entier à petite échelle pour les blocs et les panneaux préfabriqués. Il est nécessaire de développer la R&D pour améliorer les liants et les spécifications des matériaux afin d'accélérer la fabrication et d'amener ce produit à l'échelle. Le magasin phare du centre Marks & Spenser Cheshire Oaks est un complexe commercial durable construit avec du béton de chanvre préfabriqué. Leur plus grand magasin en dehors de Londres, d'une superficie de 195.000 pieds carrés et sur deux étages, est un projet qui démontre le potentiel de l'utilisation du béton de chanvre dans les grandes plaques de plancher et les structures à plusieurs niveaux.

Avec son ossature en bois et ses panneaux d'enceinte préfabriqués en béton de chanvre, le bâtiment a obtenu la certification BREEAM Excellent pour sa performance environnementale, les murs en béton de chanvre lui confèrent une haute performance thermique et de gestion de l'humidité. Une fois achevé, il a remporté les prix nationaux et régionaux du RIBA, le RIBA Sustainability Award et le BCSC Gold Award for Sustainability.

Selon le rapport, les algues ont un fort potentiel. Des briques peuvent être créées en faisant pousser des algues dans un mélange de sable, d'eau de mer et de cyanobactéries. Ces « briques vivantes » constituent une alternative de type béton qui peut être cultivée à la demande. Les briques peuvent également inclure des sous-produits d'algues cultivées comme biocarburant. Les résidus peuvent être transformés en "biochar", un solide stable qui stocke le CO2 pendant de très longues périodes. Les algues brutes peuvent également être mélangées à du béton plus conventionnel, ce qui permet de stocker du carbone et de rendre le béton neutre en carbone.

Les structures racinaires des champignons, ou mycéliums, ont un grand potentiel. Elles peuvent être cultivées dans les résidus agricoles et ont déjà été utilisées dans des matériaux tels que les mousses isolantes, en remplacement des produits pétrochimiques. Le rapport indique qu'ils peuvent potentiellement être développés et formés en tubes qui peuvent remplacer certains aciers de construction.

Notre agriculture produit de nombreux résidus végétaux, qui peuvent être traités comme de la « biomasse » et brûlés pour produire de l'énergie, ou incorporés dans des structures de construction où le carbone n'est pas libéré dans l'atmosphère. Il peut s'agir de paille, qui peut être utilisée en balles ou en panneaux de chaume, ou de coquilles de noix incluses dans les agrégats de béton.

Le bambou, le liège et le chanvre peuvent être cultivés délibérément pour un usage structurel. Plus prosaïquement, des dalles de terre battue pourraient être utilisées à la place des dalles de béton généralement mises en place dans les nouveaux bâtiments. « Malgré des siècles de précédents historiques, il est surprenant de constater que peu de recherches ont été consacrées à cette idée dans un contexte moderne », indique le rapport, qui précise que « parmi ceux qui ne connaissent pas les améliorations modernes, la notion de sol en terre tend à évoquer des associations de pauvreté et de saleté, de sorte que cette option est généralement écartée. Pour cette raison, la fabrication de sols en terre est restée un marché de niche, qui n'a pas encore été appliqué aux bâtiments modernes ou considéré comme méritant une étude significative. »

Les ciments activés par les alcalis (CAA) fabriquent du ciment en utilisant du laitier ou des cendres volantes pour remplacer une partie du calcaire utilisé dans le ciment Portland traditionnel, afin de réduire les émissions. Des techniques comme l'impression 3D pourraient permettre de fabriquer plus facilement des éléments de construction et le rapport suggère qu'un bon endroit pour tester et développer ces idées pourrait être l'Edge (ou ce que le document appelle le Micro-Cloud), où de petits centres de données sont mis en place rapidement à partir de composants fabriqués.

Évaluation : méthodes et critères de sélection des matériaux

Pour cette étude, un large éventail de matériaux novateurs a été soigneusement évalué, en tenant compte des nombreux objectifs fixés par Microsoft et l'équipe de recherche pour le processus de sélection. Voici, ci-dessous, les méthodes et critères d'évaluation et de sélection des matériaux :

Indice des matériaux transformateurs

Sur la base de l'analyse documentaire de l'équipe de recherche et des valeurs de Microsoft, une matrice à double sens a été créée pour caractériser le potentiel de chaque matériau novateur étudié. Les matériaux candidats potentiels sont énumérés dans l'axe vertical et organisés par usage de construction pour les fondations, les structures et les enceintes (toit et mur). Sur l'axe horizontal, on trouve douze critères clefs sur lesquels évaluer la gamme initiale de matériaux sélectionnés pour l'analyse. (voir annexe 1 du rapport).

Outil de comparaison de l'impact des matériaux

À partir de recherches antérieures, dix-sept matériaux ont été étudiés en fonction de trois systèmes de construction : les fondations, les structures et les enceintes. En outre, trois méthodes de construction ont été prises en compte : l'impression 3D, la conception pour le désassemblage (DfD) et la conception architecturale verticale ou à plusieurs étages.

Critères clefs

Les douze critères clefs sur lesquels la gamme initiale de matériaux sélectionnés pour l'analyse a été évaluée comprennent des critères typiques de l'architecture de la ville. Cependant, plusieurs catégories vont au-delà des questions d'ordre pratique et intègrent des préoccupations plus larges, comme la possibilité d'avoir un impact très positif sur les communautés environnantes.

Prototypes et projets phares

Le rapport suggère que les prototypes et les projets de validation de concept soient mis sur pied rapidement en 2022 : « une fois sélectionné pour l'engagement de l'exercice 2022, chaque fabricant discuterait avec les responsables de l'industrie technologique de ses objectifs et attentes spécifiques et réalistes en matière de prototypage, en fonction de ce que les responsables de l'industrie technologique envisagent comme application finale souhaitée. »

Pour être utilisés à grande échelle, les nouveaux matériaux devront passer des tests de conformité et de sécurité qu'il est difficile d'accélérer. Mais le rapport préconise l'utilisation de nouveaux matériaux dans des projets phares, une approche qui a permis de mettre en service certains matériaux améliorés. « Les expériences passées de mise sur le marché de bois lamellé-croisé et de bois de masse ont montré que les matériaux à faible teneur en carbone et à stockage de carbone sont réalisables et atteignent la parité avec les alternatives plus conventionnelles en termes de coût, de conformité aux codes et de calendrier de construction », indique le rapport.

Cependant, ces matériaux, qui n'ont pas d'effet de levier sur l'un ou l'autre de ces fronts et qui nécessitent des investissements importants pour augmenter la production, n'ont pas encore atteint le statut de produit courant. » Les entreprises d'infrastructure qui ont des objectifs à « zéro émission » pourraient envisager de construire un véritable centre de données sans béton.

Les matériaux à faible teneur en carbone et les matériaux de stockage du carbone ont une longue histoire de recherche, de développement, et d'utilisation. L'intérêt pour ces types de matériaux naturels a généralement été motivé par un souci d'impact positif sur la santé des occupants et l'environnement et/ou d'efficacité des matériaux. Cependant, la reconnaissance récente de la gravité de la crise climatique et du besoin urgent d'interventions majeures et efficaces a accéléré l'intérêt pour les matériaux susceptibles de réduire les émissions provenant des matériaux de construction conventionnels.

L’étude indique que, les expériences passées de mise sur le marché de matériaux en bois lamellé-croisé et en bois de masse a montré que les matériaux à faible teneur en carbone et de stockage du carbone sont réalisables et atteignent la parité avec les alternatives plus conventionnelles en termes de coût, de conformité aux codes et de calendrier de construction. Cependant, ces matériaux, qui manquent d'influence sur l'un ou l'autre de ces fronts et qui ont besoin d'investissements importants pour être produits à grande échelle, n'ont pas encore atteint le statut de produits courants.

Leur potentiel collectif d'impact massif sur le climat nous oblige à exploiter leurs propriétés afin de réorienter le profil climatique des bâtiments, en les faisant passer du statut de principal moteur du changement climatique à celui d'atout majeur pour inverser la tendance.

Implications pour la justice environnementale

La fabrication et le transport des matériaux sont souvent situés dans les communautés à faible revenu et les communautés de couleur. Les évaluations des matériaux basées uniquement sur les émissions mondiales de gaz à effet de serre ("carbone"

peuvent ne pas tenir compte des impacts significatifs des émissions locales sur la santé humaine de ces communautés, ainsi que d'autres aspects critiques de la santé publique, de l'équité, de la justice et du travail.

L'intégration de la justice climatique dans les choix matériels est nécessaire pour éviter les conséquences négatives involontaires des actions élaborées dans une optique trop étroite de décarbonisation. Il s'agit d'un domaine d'intérêt croissant pour le Carbon Leadership Forum (CLF) qui estime qu'un travail important doit être effectué pour mieux comprendre comment faire en sorte que le développement des matériaux et l'engagement de la chaîne d'approvisionnement puissent soutenir les objectifs de justice climatique.

Au fur et à mesure que les matériaux de la chaîne d'approvisionnement augmentent pour accroître la disponibilité dès que l'occasion se présente d'intégrer l'équité et la justice comme des priorités clefs dès le départ, plutôt que d'essayer d'atténuer les dommages après l'établissement des chaînes d'approvisionnement et des installations. Ces priorités consistent à s'assurer que les installations n'ajoutent pas aux charges existantes en matière de santé environnementale sur les communautés de première ligne, mais aussi à identifier des partenaires et des centres de fabrication qui offrent des opportunités économiques aux communautés historiquement exclues.

Pour conclure, le rapport note que le potentiel d'un impact significatif sur le climat grâce à des matériaux à faible teneur en carbone met en avant les matériaux qui ont le potentiel de changer le profil climatique des bâtiments, qui passeront du statut de principal moteur du changement climatique à celui de principal réservoir de carbone permettant de l'inverser. En outre, il existe des possibilités d'investissement dans d'éducation, dans des laboratoires de recherche, de conception et de construction, sur les sites de fabrication et dans les entreprises de conception professionnelle.

Toutefois, l'une des limites de cette étude est que sa portée ne permet pas de mener une enquête à l'échelle de l'industrie. Des questions d'enquête ciblées pourraient permettre de déterminer les valeurs sous-jacentes, les motivations et les préoccupations perçues des intervenants de l'industrie en ce qui concerne l'utilisation des matériaux novateurs, ce qui est essentiel pour comprendre les possibilités et les obstacles à l'utilisation des matériaux novateurs.

Source : Hempindustrydaily

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