Typiquement, lorsque des architectes ou des ingénieurs conçoivent un nouveau bâtiment, ce n'est qu'à la fin du processus, voire jamais, qu'une analyse du cycle de vie de l'impact environnemental du bâtiment est réalisée. Et d'ici là, il est peut-être trop tard pour apporter des changements importants. Maintenant, un système plus rapide et plus simple pour faire de telles analyses pourrait changer tout cela, faire de l'analyse une partie intégrante du processus de conception dès le début.

Le nouveau procédé, décrit dans le journal Bâtiment et environnement dans un article des chercheurs du MIT Jeremy Gregory, Franz-Josef Ulm et Randolph Kirchain, et le récent diplômé Joshua Hester Ph.D. '18, est suffisamment simple pour qu'il puisse être intégré au logiciel déjà utilisé par les concepteurs de bâtiments afin qu'il devienne un ajout transparent à leur processus de conception.

Analyse du cycle de vie, connu sous le nom de LCA, est un processus d'examen de tous les matériaux ; éléments de design; emplacement et orientation; chauffage, refroidissement, et d'autres systèmes énergétiques; et l'élimination finale attendue d'un immeuble, en termes de coûts, impacts environnementaux, ou les deux. Ulm, professeur de génie civil et environnemental et directeur du Concrete Sustainability Hub (CSH) du MIT, dit que l'ACV n'est généralement appliquée "que lorsqu'un bâtiment est entièrement conçu, il s'agit donc plutôt d'un outil post-mortem mais pas d'un véritable outil de conception. » C'est ce que l'équipe a décidé de corriger.

« Nous voulions déterminer comment combler l'écart entre l'utilisation de l'ACV à la fin du processus et l'utilisation par les architectes et les ingénieurs de celle-ci comme outil de conception, " dit-il. La grande question était de savoir s'il serait possible d'intégrer des évaluations ACV dans le processus de conception sans que cela impose trop de restrictions sur les choix de conception, le rendant ainsi peu attrayant pour les concepteurs de bâtiments. Ulm se demanda, "Dans quelle mesure l'ACV limite-t-elle la flexibilité de la conception ?"

Mesurer la liberté de conception

Pour répondre systématiquement à cette question, l'équipe a dû proposer un processus de mesure quantitative de la flexibilité des choix de conception. Ils ont opté pour une mesure qu'ils appellent « entropie, " analogue à l'utilisation de ce terme en physique. En physique, un système avec une plus grande entropie est "plus chaud, " avec ses molécules se déplaçant rapidement. Dans l'utilisation du terme par l'équipe, une entropie plus élevée représente une plus grande variété de choix disponibles à un point donné, tandis qu'une entropie plus faible représente une gamme de choix plus restreinte.

A la surprise des chercheurs, ils ont découvert que l'utilisation de leur système ACV avait très peu d'impact sur la réduction de l'éventail des choix de conception. "C'est le résultat le plus remarquable, " dit Ulm. Lors de l'introduction de l'ACV dans les premières étapes du processus de conception, "vous touchez à peine la flexibilité de conception, " dit-il. " J'étais convaincu que nous arriverions à un compromis, " où la flexibilité de conception devrait être limitée afin d'obtenir de meilleures performances de cycle de vie, dit Ulm. "Mais en fait, les résultats m'ont prouvé le contraire."

Le système examine la gamme complète des impacts climatiques d'une nouvelle structure, comprenant les trois phases :construction, y compris l'examen de l'énergie grise de tous les matériaux utilisés dans le bâtiment ; l'exploitation du bâtiment, comprenant toutes les sources d'énergie nécessaires pour assurer le chauffage, refroidissement, et service électrique; et le démantèlement final et l'élimination, ou la réaffectation de la structure, à la fin de son service.

Pour évaluer l'impact des choix de conception sur le cycle de vie, il faut examiner un large éventail de facteurs. Ceux-ci incluent :le climat du lieu (pour leurs recherches, ils ont choisi l'Arizona et la Nouvelle-Angleterre comme deux cas très différents du climat américain) ; les dimensions et l'orientation du bâtiment; le rapport des murs aux fenêtres de chaque côté ; les matériaux utilisés pour les murs, fondations, et toiture; le type de systèmes de chauffage et de refroidissement utilisés; etc. Au fur et à mesure que chacun de ces facteurs est décidé, l'éventail des possibilités pour le bâtiment devient de plus en plus étroit, mais pas beaucoup plus que dans n'importe quel processus de conception conventionnel.

A tout moment, le programme "fournirait également des informations sur beaucoup de choses qui ne sont pas encore définies, " offrant essentiellement un menu de choix qui pourrait conduire à une conception plus respectueuse de l'environnement, dit Kirchain, qui est chercheur principal au MIT et co-directeur du CSH, qui a soutenu le projet.

Bien que conçu particulièrement pour réduire l'impact climatique d'un bâtiment, le même outil pourrait également être utilisé pour optimiser un bâtiment pour d'autres critères, comme simplement pour minimiser les coûts, disent les chercheurs.

Arriver tôt

Penser à des questions telles que le sort ultime d'un bâtiment à la fin de sa vie fonctionnelle a tendance à n'être "pas du même ordre d'intérêt pour l'architecte concepteur, lorsqu'ils travaillent pour la première fois sur un design, " par rapport à des facteurs plus immédiats tels que l'apparence du bâtiment pour le client, et répondant à toute exigence fonctionnelle particulière de la structure, dit Ulm. Mais si les nouveaux outils d'ACV sont intégrés directement dans le logiciel de conception qu'ils utilisent, alors des indications sur la façon dont un choix de conception donné peut affecter le résultat seraient constamment disponibles et capables d'influencer facilement les choix, même dans les petits, subtiles au début du processus.

En comparant le processus de conception avec et sans l'utilisation de tels outils, les chercheurs ont découvert que les émissions globales de gaz à effet de serre associées à un bâtiment pouvaient être réduites de 75 % « sans réduire la flexibilité du processus de conception, " dit Ulm.

Ulm le compare aux indicateurs d'une salle de sport qui fournissent des informations sur le nombre de calories brûlées à tout moment d'un programme d'exercice, fournir une incitation constante à améliorer les résultats, sans jamais prescrire quels exercices la personne doit faire ou comment les faire.

Bien que le programme soit actuellement conçu pour évaluer des maisons unifamiliales relativement simples, qui représentent la grande majorité des espaces de vie aux États-Unis, l'équipe espère l'étendre pour pouvoir également travailler sur des bâtiments résidentiels ou commerciaux beaucoup plus grands.

À ce point, le logiciel que l'équipe a conçu est un package autonome, donc "l'une de nos tâches à l'avenir est de faire la transition pour en faire un plug-in vers certains des outils logiciels qui existent" pour la conception architecturale, dit Kirchain.

Bien qu'il existe de nombreux outils logiciels pour aider à évaluer l'impact environnemental d'un bâtiment, Kirchain dit, "nous ne voyons pas beaucoup d'architectes utiliser ces outils." Mais c'est en partie parce qu'ils ont tendance à être trop normatifs, il dit, pointant vers une conception optimale et limitant les choix du concepteur. "Notre théorie est que tout designer ne veut pas qu'on lui dise que c'est ainsi que le design doit être. Leur rôle est de concevoir sans contraintes excessives, " il dit.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.