La rencontre avec le béton est un événement courant, voire routinier. Et c'est exactement ce qui rend le béton exceptionnel.

Matière la plus consommée après l'eau, le béton est indispensable aux nombreux systèmes essentiels - des routes aux bâtiments - dans lesquels il est utilisé.

Mais en raison de son utilisation intensive, la production de béton contribue également à environ 1 % des émissions aux États-Unis et reste l'une des nombreuses industries à forte intensité de carbone dans le monde. Lutter contre le changement climatique, alors, se traduira par la réduction des impacts environnementaux du béton, même si son utilisation continue d'augmenter.

Dans un nouveau journal du Actes de l'Académie nationale des sciences , une équipe de chercheurs actuels et anciens du MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) explique comment y parvenir.

Ils présentent une évaluation approfondie du cycle de vie des secteurs du bâtiment et des chaussées qui estime comment les stratégies de réduction des gaz à effet de serre (GES), y compris celles pour le béton et le ciment, pourraient minimiser les émissions cumulées de chaque secteur et comment ces réductions se compareraient à la réduction nationale des GES. cibles.

L'équipe a découvert que si des stratégies de réduction étaient mises en œuvre, les émissions des chaussées et des bâtiments entre 2016 et 2050 pourraient baisser jusqu'à 65% et 57%, respectivement, même si l'utilisation du béton s'est considérablement accélérée au cours de cette période. Ceux-ci sont proches des objectifs de réduction des États-Unis fixés dans le cadre des accords de Paris sur le climat. Les solutions envisagées permettraient également à la production de béton pour les deux filières d'atteindre la neutralité carbone à l'horizon 2050.

Malgré la décarbonisation continue du réseau et l'augmentation de l'efficacité énergétique, ils ont découvert que la grande majorité des émissions de GES des nouveaux bâtiments et chaussées au cours de cette période proviendraient de la consommation d'énergie opérationnelle plutôt que des émissions dites intrinsèques, c'est-à-dire des émissions provenant de la production de matériaux et de la construction.

Sources et solutions

La consommation de béton, en raison de sa polyvalence, durabilité, constructibilité, et rôle dans le développement économique, devrait augmenter dans le monde.

S'il est essentiel de considérer les impacts intrinsèques de la production de béton en cours, il est également essentiel de replacer ces impacts initiaux dans le contexte du cycle de vie du matériau.

En raison des attributs uniques du béton, il peut influencer la performance de durabilité à long terme des systèmes dans lesquels il est utilisé. Pavés en béton, par exemple, peut réduire la consommation de carburant des véhicules, tandis que les structures en béton peuvent supporter des dangers sans avoir besoin de réparations gourmandes en énergie et en matériaux.

Les impacts du béton, alors, sont aussi complexes que le matériau lui-même - un mélange soigneusement dosé de poudre de ciment, l'eau, sable, et agrégats. La contribution du démêlage du béton aux impacts opérationnels et intrinsèques des bâtiments et des chaussées est essentielle pour planifier les réductions de GES dans les deux secteurs.

Ensemble de scénarios

Dans leur papier, Les chercheurs du CSHub prévoient les émissions potentielles de gaz à effet de serre des secteurs du bâtiment et des chaussées alors que de nombreuses stratégies de réduction des émissions ont été mises en place entre 2016 et 2050.

Étant donné que ces deux secteurs sont immenses et évoluent rapidement, leur modélisation nécessitait un cadre complexe.

"Nous n'avons pas de détails sur chaque bâtiment et trottoir aux États-Unis, " explique Randolph Kirchain, chercheur au Laboratoire de Recherche sur les Matériaux et co-directeur du CSHub.

"En tant que tel, nous avons commencé par développer des designs de référence, qui se veulent représentatifs des bâtiments et des chaussées actuels et futurs. Ceux-ci ont été adaptés pour convenir à 14 zones climatiques différentes aux États-Unis, puis distribués à travers les États-Unis sur la base des données du recensement américain et de la Federal Highway Administration. »

Pour refléter la complexité de ces systèmes, leurs modèles devaient avoir les résolutions les plus élevées possibles.

« Dans le secteur des trottoirs, nous avons collecté le stock actuel du réseau américain basé sur des segments de 10 milles de haute précision, avec les conditions de surface, circulation, épaisseur, largeur de voie, et le nombre de voies pour chaque segment, " dit Hessam Azari Jafari, un post-doctorant au CSHub et un co-auteur de l'article.

"Pour modéliser les futures actions de pavage sur la période d'analyse, nous avons supposé quatre conditions climatiques; Quatre types de routes ; asphalte, béton, et structures de chaussées composites; ainsi que majeur, mineur, et des actions de pavage de reconstruction spécifiées pour chaque condition climatique.

En utilisant ce cadre, ils ont analysé un scénario « projeté » et un scénario « ambitieux » de stratégies de réduction et d'attributs du système pour les bâtiments et les chaussées au cours de la période d'analyse de 34 ans. Les scénarios ont été définis par le calendrier et l'intensité des stratégies de réduction des GES.

Comme son nom l'indique, le scénario projeté reflétait les tendances actuelles. Pour le secteur du bâtiment, les solutions comprenaient la décarbonisation prévue du réseau et les améliorations des codes du bâtiment et de l'efficacité énergétique qui sont actuellement mises en œuvre dans tout le pays. Pour les trottoirs, la seule solution envisagée était l'amélioration de l'économie de carburant des véhicules. En effet, à mesure que l'efficacité des véhicules continue d'augmenter, Les émissions excessives des véhicules dues à la mauvaise qualité des routes diminueront également.

Tant les scénarios projetés pour les bâtiments que pour les chaussées comportaient l'introduction progressive de stratégies de béton bas carbone, comme le contenu recyclé, captage du carbone dans la production de ciment, et l'utilisation du carbone capturé pour produire des agrégats et durcir le béton.

« Dans le scénario ambitieux, " explique Kirchain, « nous sommes allés au-delà des tendances projetées et avons exploré des changements raisonnables qui dépassent les politiques actuelles et les engagements [de l'industrie] ».

Ici, les stratégies du secteur du bâtiment étaient les mêmes, mais mis en œuvre de manière plus agressive. Le secteur des chaussées a également respecté des objectifs plus agressifs et a intégré plusieurs stratégies novatrices, y compris investir plus pour produire des routes plus lisses, appliquer sélectivement des revêtements en béton pour produire des chaussées plus rigides, et l'introduction de chaussées plus réfléchissantes, qui peuvent modifier le bilan énergétique de la Terre en envoyant plus d'énergie hors de l'atmosphère.

Résultats

À mesure que le réseau devient plus vert et que les nouvelles maisons et bâtiments deviennent plus efficaces, de nombreux experts ont prédit que les impacts opérationnels des nouveaux projets de construction diminueraient par rapport à leurs émissions intrinsèques.

"Ce que notre évaluation du cycle de vie a trouvé, " dit Jérémy Grégory, le directeur exécutif du MIT Climate Consortium et l'auteur principal de l'article, "est-ce que [cette prédiction] n'est pas nécessairement le cas."

"Au lieu, nous avons constaté que plus de 80 % des émissions totales des nouveaux bâtiments et chaussées entre 2016 et 2050 proviendraient de leur exploitation. »

En réalité, the study found that operations will create the majority of emissions through 2050 unless all energy sources—electrical and thermal—are carbon-neutral by 2040. This suggests that ambitious interventions to the electricity grid and other sources of operational emissions can have the greatest impact.

Their predictions for emissions reductions generated additional insights.

For the building sector, they found that the projected scenario would lead to a reduction of 49 percent compared to 2016 levels, and that the ambitious scenario provided a 57 percent reduction.

As most buildings during the analysis period were existing rather than new, energy consumption dominated emissions in both scenarios. Par conséquent, decarbonizing the electricity grid and improving the efficiency of appliances and lighting led to the greatest improvements for buildings, ils ont trouvé.

In contrast to the building sector, the pavements scenarios had a sizeable gulf between outcomes:The projected scenario led to only a 14 percent reduction while the ambitious scenario had a 65 percent reduction—enough to meet U.S. Paris Accord targets for that sector. This gulf derives from the lack of GHG reduction strategies being pursued under current projections.

"The gap between the pavement scenarios shows that we need to be more proactive in managing the GHG impacts from pavements, " explains Kirchain. "There is tremendous potential, but seeing those gains requires action now."

These gains from both ambitious scenarios could occur even as concrete use tripled over the analysis period in comparison to the projected scenarios—a reflection of not only concrete's growing demand but its potential role in decarbonizing both sectors.

Though only one of their reduction scenarios (the ambitious pavement scenario) met the Paris Accord targets, that doesn't preclude the achievement of those targets:many other opportunities exist.

"Dans cette étude, we focused on mainly embodied reductions for concrete, " explains Gregory. "But other construction materials could receive similar treatment.

"Further reductions could also come from retrofitting existing buildings and by designing structures with durability, hazard resilience, and adaptability in mind in order to minimize the need for reconstruction."

This study answers a paradox in the field of sustainability. For the world to become more equitable, more development is necessary. Et encore, that very same development may portend greater emissions.

The MIT team found that isn't necessarily the case. Even as America continues to use more concrete, the benefits of the material itself and the interventions made to it can make climate targets more achievable.