Le rôle des bâtiments à fort taux d'accroissement dans la durabilité urbaine

L'urbanisation rapide a exercé une pression considérable sur les villes pour qu'elles puissent accueillir des populations en croissance sans sacrifier leur habitabilité ou leur santé environnementale. Les bâtiments de grande hauteur sont devenus une stratégie clé de cet équilibre, offrant une solution verticale à l'étalement horizontal qui consomme des habitats naturels et augmente les empreintes carbone.

La durabilité urbaine ne consiste pas seulement à réduire les impacts négatifs, mais aussi à créer des collectivités résilientes, équitables et prospères.Les bâtiments de grande hauteur, lorsqu'ils sont conçus et exploités en fonction de la durabilité, peuvent contribuer aux trois piliers de la durabilité : environnement, social et économique.

Maximiser l ' efficacité de l ' utilisation des terres

Dans les villes où les terres sont rares et précieuses, la construction vers le haut permet d'accueillir plus de personnes, d'entreprises et d'équipements. Cette densité réduit le besoin d'expansion urbaine vers l'extérieur, en préservant les ceintures vertes, les terres agricoles et les écosystèmes naturels. Par exemple, une seule tour résidentielle de grande hauteur peut abriter le même nombre de ménages qu'une subdivision de petite taille couvrant plusieurs fois la région, laissant intact le paysage environnant.

L'utilisation efficace des terres favorise également la biodiversité en prévenant la fragmentation de l'habitat. Lorsque les villes croissent verticalement plutôt qu'horizontalement, elles maintiennent des corridors pour la faune et protègent les zones sensibles contre le développement.

Réduction des émissions de transport et de l'étalement urbain

Lorsque les lieux de travail, les résidences et les services sont concentrés dans des grappes verticales, les distances entre les destinations quotidiennes se rétrécissent.Cette proximité favorise la marche, le vélo et l'utilisation du transport en commun par-dessus les automobiles privées.Une étude historique publiée dans Nature Communications[ a révélé que le doublement de la densité urbaine réduit les émissions de carbone par habitant jusqu'à 35 %.

Les bâtiments de grande hauteur soutiennent également la viabilité des systèmes de transport en commun. Une masse critique de coureurs à distance de marche d'une gare de transit est essentielle pour des réseaux efficaces de bus, de métro et de rail léger. Les quartiers de grande hauteur de Denense assurent que les transports en commun sont financièrement durables et réduisent le besoin d'infrastructures de stationnement.

Soutenir le transport en commun et la marche

Les quartiers bien conçus de haute hauteur intègrent souvent les principes du développement axé sur le transport en commun. Placer des tours près des principaux centres de transport – communément appelés villages verticaux – crée des environnements propices aux piétons où les résidents peuvent accéder aux magasins, bureaux et installations récréatives en 15 minutes à pied.

Par exemple, les quartiers de la haute-rue de Hong Kong sont parmi les plus accessibles à pied au monde, avec des passerelles élevées et des connexions souterraines reliant les tours résidentielles aux stations de métro, centres commerciaux et parcs. Ces caractéristiques de conception réduisent la congestion au sol et fournissent des routes abritées qui encouragent la marche toute l'année.

Technologies vertes et innovations en matière de conception

Aujourd'hui, les architectes et les ingénieurs intègrent une série de technologies vertes qui réduisent la consommation d'énergie opérationnelle, conservent l'eau et réduisent les déchets. Ces innovations sont essentielles pour aligner les grands bâtiments sur des objectifs climatiques ambitieux, comme les émissions nettes nulles d'ici 2050.

Mesures d'efficacité énergétique

L'efficacité énergétique commence par l'enveloppe du bâtiment. Des vitrages à haute performance avec des revêtements à faible émissivité, des matériaux d'isolation avancés et une construction étanche à l'air réduisent les charges de chauffage et de refroidissement. De nombreuses tours intègrent maintenant des toits verts[ ou des murs vivants, qui assurent l'isolation, réduisent les ruissellements d'eaux pluviales et atténuent l'effet de l'île de chaleur urbaine.

L'efficacité de l'éclairage s'est considérablement améliorée avec l'adoption généralisée de LED fixings[, combinée à des commandes répondant à la lumière du jour. Des capteurs intelligents dim artificielles lorsque la lumière naturelle est suffisante et éteignent les lumières dans des espaces inoccupés.

Les systèmes de chauffage et de refroidissement par ventilation par chauffage et climatisation sont un autre objectif majeur. Les systèmes de refroidissement par refroidissement par refroidissement variable (VRF), les refroidisseurs de récupération de chaleur et la ventilation à commande de demande sont adaptés au chauffage et au refroidissement. Certaines tours utilisent des poutres refroidies ou des systèmes de dalles radieuses, plus efficaces que l'air forcé.

Intégration des énergies renouvelables

L'intégration des énergies renouvelables dans les bâtiments de grande hauteur est difficile en raison de la superficie limitée du toit et de l'ombrage des structures voisines. Cependant, des solutions créatives émergent. Les panneaux photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) sont maintenant disponibles en verre, en pare-brise et même en vitrage de fenêtre qui peuvent générer de l'énergie sans compromettre l'esthétique.

Les turbines éoliennes sont également adaptées aux contextes de grande hauteur. De petites turbines verticales peuvent être installées sur les toits ou aux coins de bâtiments où la vitesse du vent est plus élevée. Le Bahrain World Trade Center intègre célèbrement trois ponts couvrant deux tours, chacun transportant une grande éolienne qui génère collectivement 11 à 15 % de l'électricité du bâtiment.

Conservation et gestion de l'eau

Les bâtiments à hauteur de la surface peuvent réduire considérablement la consommation d'eau grâce au recyclage des eaux grises, à la récolte des eaux de pluie et aux installations à faible débit. L'eau grise provenant des puits, des douches et de la buanderie peut être traitée sur place et réutilisée pour la chasse d'eau des toilettes ou l'irrigation. L'eau de pluie recueillie sur les toits peut être stockée dans des réservoirs pour l'arrosage du paysage ou le maquillage des tours de refroidissement.

L'efficacité de l'eau interne est atteinte avec des toilettes à double écoulement, des robinets à détecteurs, des lave-vaisselle et des lave-linge efficaces. De nombreux tours à haut rendement certifiés verts visent à réduire de 30 à 40 % l'utilisation de l'eau intérieure par rapport aux codes de construction de base.

Systèmes de construction intelligents et IdO

L'Internet des objets (IoT) transforme la façon dont les bâtiments de grande hauteur gèrent l'énergie et les ressources. Des capteurs intelligents surveillent la température, l'humidité, l'occupation et la qualité de l'air en temps réel, alimentant les données des systèmes de gestion des bâtiments (BMS) qui optimisent la CVC, l'éclairage et la ventilation.

Les systèmes de surveillance à LED alertent les équipes de maintenance avant qu'elles ne causent des pannes majeures, prolongent la durée de vie des équipements et réduisent les déchets. Ensemble, ces technologies peuvent réduire la consommation d'énergie opérationnelle de 15 à 30 % au-delà de ce que les mesures d'efficacité conventionnelles permettent de réaliser seules.

Matériaux durables et méthodes de construction

Le carbone incarné des matériaux de construction, les émissions émises pendant l'extraction, la fabrication et le transport, est une préoccupation importante pour la construction de tours hautes, qui utilise de grandes quantités d'acier et de béton.

Béton et acier à faible teneur en carbone

Pour y remédier, les ingénieurs développent des mélanges de béton à faible teneur en carbone qui remplacent une partie du ciment par des matériaux cimentaires supplémentaires (SCM) comme les cendres volantes, les scories ou l'argile calcinée. Certains tours à haute teneur en carbone utilisent maintenant du béton durci, qui stocke le CO2 pendant le processus de séchage, séquestre efficacement les émissions. Le bâtiment One Angel Square à Manchester utilise du béton avec 50 % de GGBS (scoin granulé de haut fourneau), réduisant ainsi de plus de 30 % son carbone incarné.

L'Empire State Building a subi une rénovation qui comprenait le remplacement des anciennes fenêtres par des unités à haut rendement, mais l'acier de construction était déjà largement recyclé. Aujourd'hui, de nombreuses nouvelles tours précisent l'acier des usines qui fournissent des déclarations de produits environnementaux (EPD) avec une teneur en carbone faible vérifiée.

Construction modulaire et préfabriquée

La construction modulaire, qui fabrique des composants de construction hors site et les assemble sur place, réduit les déchets, raccourcit les calendriers de construction et améliore le contrôle de la qualité. Pour les tours, cette méthode devient de plus en plus populaire. L'hôtel Marriott à New York.

Bien que les modèles hybrides ne conviennent pas aux tours les plus hautes, ils combinent CLT avec l'acier ou le béton pour les structures de taille moyenne et de hauteur. Le Mjøstårnet en Norvège, une tour de 18 étages, est le bâtiment de bois le plus haut du monde.

Défis et compromis

Malgré leurs avantages, les bâtiments de grande hauteur ne sont pas sans défis de durabilité. Une évaluation équilibrée doit tenir compte du carbone incarné, des besoins énergétiques opérationnels et des conséquences sociales.

Carbone et énergie embarqués

Plus un bâtiment est grand, plus la structure et les matériaux sont nécessaires par mètre carré de surface, en raison des charges de vent et des exigences de fondation. Une étude du Conseil sur les bâtiments Tall et l'habitat urbain (CTBUH) a révélé que le carbone incarné par mètre carré augmente considérablement au-dessus de 40 étages. Pour que les tours soient véritablement durables, les réductions d'énergie opérationnelle doivent compenser cet investissement en carbone à l'entrée de la construction sur toute sa durée de vie, un calcul qui dépend de la source d'énergie du bâtiment et de l'intensité en carbone du réseau.

L'utilisation de matériaux à faible teneur en carbone et de méthodes de construction efficaces est essentielle, mais même dans ce cas, les tours hautes peuvent avoir un impact climatique négatif net si elles déplacent les options à faible teneur en carbone.

Coût et financement

Bien que de nombreuses caractéristiques soient rémunératrices grâce à des économies d'énergie et d'eau, les promoteurs peuvent hésiter à investir si les locataires ne sont pas disposés à payer des loyers ou des valeurs foncières plus élevées. Des mécanismes de financement écologiques, comme les obligations vertes et les prêts liés à la durabilité, contribuent à combler ce fossé en offrant de meilleures conditions pour les projets qui atteignent les objectifs de durabilité.

L'équité sociale et l'impact communautaire

Les développements de grande taille peuvent exacerber les inégalités sociales s'ils s'adressent exclusivement aux habitants aisés ou déplacent les communautés existantes. L'ombre des tours peut réduire la lumière du soleil et l'accès aux parcs pour les quartiers à faible hauteur à proximité. Les tunnels éoliens au niveau de la rue peuvent rendre la marche désagréable ou dangereuse.

Les villes comme Vancouver et Seattle exigent que les nouveaux aménagements de grande taille contribuent aux commodités communautaires, des parcs aux garderies, dans le cadre du processus d'approbation. Le développement équitable axé sur le transit (eTOD) garantit aux résidents à faible revenu l'accès aux possibilités économiques que la densité favorise.

Cadre politique et d'urbanisme

La réalisation du potentiel de durabilité des immeubles de grande hauteur exige des politiques d'appui et une planification urbaine globale.

Bonus de zonage et de densité

En échange de bâtiments plus grands ou plus grands, les promoteurs peuvent être tenus de fournir des toits verts, des stations de recharge de véhicules électriques ou des contributions à des améliorations de transport en commun. New York City , Le programme Zoning for Accessibility and Sustainability offre des primes de surface pour les bâtiments qui obtiennent la certification LEED ou intègrent des logements abordables.

Les codes fondés sur la forme peuvent également façonner la façon dont les hauts-sièges se rapportent à la rue et au domaine public. Ils réglementent les revers, les hauteurs du podium et la façade de la rue pour s'assurer que les grands bâtiments contribuent à un environnement piétonnier accueillant plutôt que de l'écraser. Portland, Oregon, limite la hauteur des bâtiments près des couloirs de transit tout en encourageant les tours plus hautes dans les zones de densité désignées, en conciliant croissance et vie.

Certifications de bâtiments écologiques

Des programmes de certification volontaires comme LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), [BREEAM[ (Building Research Establishment Environmental Assessment Method) et WELL[ fournissent une validation par une tierce partie de la performance en matière de durabilité.

Le Edge à Amsterdam, souvent appelé le bâtiment le plus vert du monde, démontre comment la conception intégrée et la technologie intelligente peuvent atteindre BREEAM En remarquable avec un bilan énergétique proche de zéro. Bien que ce ne soit pas une hauteur résidentielle traditionnelle, ses principes – comme l'utilisation d'un système d'éclairage LED à alimentation Ethernet qui surveille l'occupation – sont reproductibles dans les typologies de hauteur.

Orientations futures

À mesure que les objectifs climatiques se resserrent et que la technologie progressera, les bâtiments de grande hauteur continueront d'évoluer. La prochaine génération de grands bâtiments vise à être non seulement moins nuisibles, mais activement régénératives.

Tours du net-zéro et du carbone-neutral

Plusieurs projets de grande envergure visent le carbone opérationnel net zéro par le biais de la production d'énergie renouvelable et de systèmes à haute efficacité sur place.Brock Commons Tallwood House à Vancouver, une résidence d'étudiants en bois de masse de 18 étages, est conçue pour être presque zéro énergie nette.On explore le carbone incorporé par des crédits de carbone ou la séquestration sur place (comme l'incorporation de panneaux d'algues qui capturent du CO2).

La réduction du carbone incrustée est également une frontière. Le Carbon Leadership Forum préconise l'évaluation du cycle de vie de tout bâtiment et des limites plus strictes sur le carbone incorporé dans les codes du bâtiment.

Conception biophile et espaces verts

La conception biophile – intégrant la nature dans l'environnement bâti – s'enrichit dans l'architecture des tours.Les jardins du ciel, les forêts verticales et les murs verts améliorent la qualité de l'air, réduisent le stress et fournissent un habitat à la faune urbaine. Bosco Verticale (Forêt Verticale) à Milan présente 900 arbres, 5 000 arbustes et 11 000 plantes couvertes de terre réparties sur deux tours.

Les futurs tours pourraient intégrer des éléments biophiles encore plus ambitieux : serres communes à chaque étage, parcs du ciel en plein air à mi-hauteur et atriums -core vert qui circulent de l'air frais à travers le bâtiment. Ces espaces non seulement profitent à l'environnement mais créent également des possibilités d'interaction sociale et de bien-être mental dans des milieux urbains denses.

Conclusion

Les bâtiments de grande hauteur sont des outils indispensables pour assurer la durabilité urbaine dans un monde en pleine urbanisation. Intégrés aux technologies vertes, aux matériaux durables et à la conception urbaine réfléchie, ils peuvent réduire de façon spectaculaire la consommation de terres, les émissions de transport et l'utilisation des ressources tout en favorisant des collectivités dynamiques et accessibles à tous.

En fin de compte, le succès des bâtiments de grande hauteur pour soutenir les objectifs de durabilité dépend d'une approche holistique qui équilibre la densité avec la viabilité, la performance environnementale avec l'inclusion sociale et les besoins immédiats avec la résilience à long terme.

Références et autres lectures:[
- UN Climate Solutions: Why cities hold the key to light climate change[
- World Green Building Council[
] - Conseil sur les bâtiments de grande taille et l'habitat urbain (CTBUH)
] - Communications de nature: Densité urbaine et émissions de transport