Les bâtiments et la construction représentent près de 40 % des émissions mondiales liées au CO[2, tandis que le secteur des transports représente une autre part importante dans la plupart des pays industrialisés. Les ingénieurs civils ne fonctionnent pas seulement dans ce paysage, ils le conçoivent et le définissent. Chaque spécification structurelle, sélection des matériaux, décision d'alignement et calcul hydraulique a une conséquence carbone. L'atténuation des changements climatiques dans le génie civil est passée d'une aspiration de niche à une compétence professionnelle de base. Elle englobe la réduction du carbone incarné dans les cadres en béton, l'intégration de l'énergie renouvelable dans le réseau électrique, l'électrification des couloirs de transport et la transformation des systèmes linéaires d'eau en réseaux de ressources circulaires.

Redéfinir les matériaux structurels pour un avenir à faible teneur en carbone

Pour comprendre l'empreinte carbone de l'infrastructure, il faut distinguer entre les émissions opérationnelles de carbone — les émissions provenant du chauffage, du refroidissement et de l'alimentation en énergie — et le carbone incorporé, qui comprend toutes les émissions provenant de l'extraction, de la fabrication, du transport et de la construction des matières premières. Pendant des décennies, l'industrie a mis l'accent sur l'efficacité opérationnelle.

Technologies de ciment et de béton à faible teneur en carbone

2 émissions de CO[ émissions de carbone [sacs] supplémentaires (SCM) comme la combustion du charbon et le scories granulés de haut fourneau (GGBFS) provenant de la production d'acier ont été utilisées pendant des décennies pour remplacer le clinker, la composante à forte intensité de carbone du ciment. Toutefois, la diminution de la disponibilité de cendres volantes de haute qualité due aux retraits de centrales au charbon entraîne l'innovation dans les solutions de remplacement des SCM. Le ciment calcaire calciné (LC3) représente une percée majeure, utilisant des argiles kaolin et du calcaire pour remplacer jusqu'à 50 % du clinker, ce qui permet une réduction de 40 % du CO22 Le procédé de concentration du carbone dans les usines de traitement du gaz de combustion, qui est utilisé pour le traitement du gaz de combustion, est le procédé de concentration du gaz de combustion du gaz de combustion.

Le bois de masse et la grande révolution de la construction de bois

Les bois stratifiés (CLT) et les bois stratifiés collés (Glulam) déplacent l'acier et le béton dans les constructions de taille moyenne à élevée.Ces produits de bois façonnés séquestrent le carbone atmosphérique tout au long de la vie du bâtiment, agissent comme une ressource renouvelable lorsqu'ils proviennent de forêts gérées de façon durable et réduisent considérablement le poids structurel, permettant des fondations plus petites et moins de matériaux dans les zones sismiques.

Évaluation du cycle de vie et déclarations environnementales sur les produits

Les ingénieurs civils utilisent la LCA pour comparer les systèmes structurels, par exemple, évaluer le potentiel de réchauffement climatique d'un cadre en acier par rapport à un cadre en béton par rapport à un cadre en bois massif pour une conception donnée. Les déclarations de produits environnementaux (DPE) fournissent des données transparentes et vérifiées par des tiers sur l'impact environnemental de certains matériaux et produits.

Décarbonisation des transports par la conception de l'infrastructure

Les solutions de génie civil pour réduire ces émissions se divisent en trois stratégies principales : permettre l'électrification, optimiser les systèmes de chaussée et concevoir pour le déplacement des modes.

Infrastructure des véhicules électriques et intégration du réseau

L'adoption généralisée de véhicules électriques (EV) nécessite une expansion massive de l'infrastructure de recharge.Les ingénieurs civils conçoivent les supports structurels des canopées de recharge EV, qui sont de plus en plus intégrés avec des panneaux photovoltaïques pour fournir une production renouvelable sur place.La conception civile du site pour les dépôts de recharge à grande échelle doit traiter de la gestion des eaux pluviales pour les surfaces imperméables, de la distribution de la charge électrique et de la gestion thermique des équipements.

Systèmes de revêtement durables

La technologie de l'asphalte recyclé (PAP) continue d'augmenter, avec des mélanges à haut rendement supérieur à 50 % de matériaux récupérés dans les couches de base et intermédiaires, réduisant la demande de granulats vierges et de liants d'asphalte. Le Programme fédéral de l'administration routière pour les revêtements durables fournit des conseils sur ces technologies et encourage l'utilisation de l'évaluation du cycle de vie pour évaluer l'empreinte environnementale des structures de chaussée sur toute leur durée de vie, y compris les cycles d'entretien et de remise en état.

Connectivité multimodale et développement axé sur le transport

Les ingénieurs civils conçoivent les aménagements des sites, les paysages de rues et les géométries d'intersection qui permettent des réseaux de piétons, de bicyclettes et de transport en commun sûrs et efficaces. Le développement axé sur le transport (DOT) concentre les travaux de haute densité et de développement mixte autour des gares de transit, exigeant une expertise en génie géotechnique pour les fondations profondes, en génie structurel pour la gestion du stationnement et en génie hydraulique pour les solutions d'eaux pluviales compactes.

Permettre la transition vers les énergies renouvelables

La transition vers un réseau énergétique net zéro est fondamentalement un projet d'infrastructure civile qui nécessite la construction de vastes installations de production d'énergie renouvelable, de vastes couloirs de transport et de systèmes de stockage d'énergie à l'échelle des services publics.

Fondations pour l'énergie éolienne offshore

Dans les eaux peu profondes (jusqu'à 60 mètres), la fondation monopile, un tube en acier de grand diamètre qui pénètre dans les fonds marins, est la solution la plus courante, qui nécessite une étude géotechnique détaillée du site et une conception dynamique des pieux pour résister aux charges cycliques du vent, des vagues et des courants.Pour les eaux plus profondes, il faut des technologies de plate-forme flottante, notamment des bouées semi-sous-marins, des plates-formes de tension et des bouées à épares. Le Laboratoire national des énergies renouvelables (National Renewable Energy Laboratory) souligne que le vent flottant débloquera l'accès à plus de 60 % de la ressource éolienne en mer aux seuls États-Unis.

Conception du site de stockage de la ferme et de la batterie solaires

Les installations de la SCE doivent être équipées de coussinets en béton pour les unités de batteries conteneurisées, l'alimentation en eau de lutte contre l'incendie et le confinement, les systèmes de gestion thermique et l'infrastructure d'interconnexion à haute tension. La conception structurelle doit tenir compte des charges sismiques et des risques de fuite thermique, ce qui fait de la construction de systèmes de protection contre l'incendie une partie intégrante de la portée civile.

Modernisation du réseau et infrastructure de transmission

Les ingénieurs civils effectuent la sélection des itinéraires, les recherches géotechniques pour les fondations de tours, la conception structurelle des tours de transmission (acier latice, monopole ou cadre H) et le contrôle de l'érosion pour les routes d'accès. Le stockage des lignes de transmission dans des zones environnementales sensibles ou dans des milieux urbains denses implique des technologies sans tranchées telles que le forage horizontal directionnel (HDD) pour installer des conduits sous les rivières, les zones humides et les infrastructures existantes.

Génie des ressources en eau dans un climat en évolution

La gestion des ressources en eau est essentielle pour l'adaptation et l'atténuation du climat. L'atténuation se fait par l'efficacité énergétique des systèmes d'approvisionnement en eau, la séquestration du carbone dans les milieux côtiers et la conception d'infrastructures vertes.

Infrastructure verte et développement à faible impact

Les systèmes de transport des eaux pluviales classiques sont à forte intensité énergétique et souvent submergés par des événements extrêmes. L'aménagement à faible impact (DLR) utilise des pratiques décentralisées de contrôle des sources. Les cellules de biorétention, les jardins pluviaux, les chaussées perméables et les systèmes de récolte des eaux de pluie réduisent les volumes de ruissellement, atténuent les débits de pointe et améliorent la qualité de l'eau grâce à la filtration et à l'absorption biologique.

Traitement des eaux usées énergie-neutrale

Les procédés de traitement conventionnels consomment beaucoup d'électricité pour l'aération, le pompage et la manutention des solides.De plus en plus, les ingénieurs civils et environnementaux conçoivent des installations pour obtenir la neutralité énergétique ou un statut énergétique positif net. La digestion anaérobie des boues d'épuration pour produire du biogaz, qui est ensuite brûlée dans des moteurs combinés de chaleur et d'électricité (PCH) pour produire de l'électricité et de la chaleur pour l'usine. La co-digestion des déchets organiques à haute résistance (tels que les déchets et graisses alimentaires, les huiles et la graisse) avec les boues d'épuration peut stimuler significativement la production de biogaz, produire un flux de revenus tout en détournant les déchets des décharges.

Résilience côtière et carbone bleu

Les solutions conçues vont des infrastructures dures (pare-mer, douves, barrières de tempête) aux caractéristiques naturelles (côtés vivants, restauration des marais, restauration des récifs huîtres).Les rives vivantes utilisent la végétation indigène, les bûches de coir et les récifs coquilliers pour stabiliser les rives et atténuer l'énergie des vagues.Ces systèmes offrent des avantages conjoints, notamment la création d'habitats et la séquestration du carbone dans les sédiments côtiers, connus sous le nom de carbone bleu.

Normes, politiques et cadre professionnel

Les décisions individuelles en matière d'ingénierie sont guidées et renforcées par des codes, des normes et des systèmes de notation.

Codes de l'énergie du bâtiment et codes de zonage

Les codes d'évitement et les codes d'énergie zéro net poussent davantage le marché, exigeant des enveloppes de construction performantes, des systèmes mécaniques et d'éclairage efficaces et souvent l'inclusion d'énergie renouvelable. Les ingénieurs civils doivent concevoir des infrastructures qui s'harmonisent avec ces codes, en précisant les matériaux à faible teneur en carbone incarné et en coordonnant avec les architectes et les ingénieurs du MEP pour optimiser les performances globales du bâtiment. Du côté du site, les codes de zonage qui permettent une densité plus élevée, le développement à usage mixte et les exigences de stationnement réduites sont essentiels pour réduire la VMT. Les ingénieurs civils fournissent l'analyse technique pour appuyer ces décisions d'utilisation des terres, y compris les études d'impact sur la circulation, les analyses de capacité d'infrastructure et les plans de gestion des eaux pluviales.

Systèmes de notation de durabilité : Envision, LEED et SITES

Pour les infrastructures horizontales (routes, ponts, pipelines, ports, usines de traitement), Envisager le cadre élaboré par l'Institut pour l'infrastructure durable fournit un système de notation de durabilité complet. Envisager couvre la qualité de vie, le leadership, l'allocation des ressources, le monde naturel, le climat et la résilience.Il récompense les projets qui réduisent les émissions de gaz à effet de serre, utilisent des matériaux recyclés, réduisent la consommation d'énergie et améliorent la résilience des collectivités.

Plaidoyer professionnel et développement de la main-d'oeuvre

Les énoncés de politique de l'ASCE reconnaissent la nécessité urgente d'atténuer les changements climatiques et d'adapter les changements climatiques et préconisent un financement accru pour des infrastructures durables et résilientes. Les programmes d'éducation continue visent à former des ingénieurs praticiens en ACV, en matériaux à faible teneur en carbone et en conception d'énergie renouvelable. L'effectif futur doit être prêt à répondre à cette demande, en intégrant les sciences du climat, la pensée des systèmes et la comptabilité du carbone dans les disciplines techniques fondamentales du génie civil.

Conclusion : Le projet d'infrastructure de définition du siècle

Le rôle de l'ingénieur civil dans l'atténuation des changements climatiques a été établi et élargi. Il est intégré dans les choix matériels faits à un bureau d'ingénieur structural, les décisions d'alignement prises dans un couloir de transport, les calculs hydrauliques pour un système d'eau de pluie, et la conception géotechnique pour une fondation éolienne offshore. Les outils techniques sont disponibles et améliorés – mélanges de béton à faible teneur en carbone, chaussées à forte teneur en carbone, systèmes de bois de masse, stockage d'énergie avancé et cadres d'évaluation du cycle de vie complet. Les systèmes de politique et d'évaluation fournissent la structure pour récompenser ces choix.