Les 10 ans de NEST : L'avenir de la construction

À quoi ressembleront les bâtiments, tels que les bureaux et les appartements, à l’avenir, compte tenu de la raréfaction des ressources et de la nécessité de réduire les émissions ? Et, tout aussi important : comment transformer de nouvelles solutions intéressantes en produits prêts à être commercialisés ? C’est pour répondre à ces questions qu’a été inaugurée en 2016 la plateforme modulaire de recherche et d’innovation NEST, acronyme de « Next Evolution in Sustainable Building Technologies » (Prochaine évolution des technologies de construction durables).

Ce projet commun des instituts de recherche Empa et Eawag a été lancé à un moment où il devenait évident que de nouvelles solutions étaient nécessaires dans le domaine de la construction immobilière – des solutions qui contribueraient à l’objectif de zéro émission nette d’ici 2050 et accéléreraient les cycles d’innovation dans le secteur du bâtiment. Parallèlement, NEST a pu s’appuyer sur plusieurs projets antérieurs qui avaient déjà posé les premiers jalons vers des méthodes de construction novatrices. « Des projets tels que la cabane Monte Rosa et le conteneur d’habitation autonome ‹SELF› ont déjà démontré que nous étions en mesure de convaincre de nombreuses personnes de l’importance et du succès des concepts durables dans le secteur du bâtiment », explique Peter Richner, ancien directeur adjoint de l’Empa et fondateur de NEST. « De ce fait, nous bénéficions déjà d’une grande bienveillance de la part de la Confédération, des autorités cantonales et des communes, auprès desquelles nous avons trouvé un public réceptif à l’objectif ambitieux de NEST. » Après tout, un projet aussi coûteux n’a pu être réalisé que grâce au soutien substantiel du canton de Zurich et de la commune de Dübendorf, ainsi qu’au domaine des EPF et à plusieurs partenaires industriels.

Un incubateur dédié aux nouvelles technologies et aux nouveaux systèmes

Et que s’est-il passé depuis l’inauguration ? Au cours des dix dernières années, dix bâtiments modulaires, appelés « unités », ont été construits, chacun étant dédié à des défis et à des technologies spécifiques. Il y a dix ans, des termes tels que « préfabrication numérique », « construction circulaire » et « contrôle prédictif » relevaient encore purement de la niche dans le secteur du bâtiment. Grâce notamment aux unités visionnaires de NEST, ces thèmes sont désormais de plus en plus intégrés dans la planification et la mise en œuvre de nouveaux projets de construction. Cependant, le potentiel des concepts et produits durables dans ce secteur est loin d’être épuisé. En 2023, le canton de Zurich et de nombreux partenaires du secteur ont signé la charte de la construction circulaire, une déclaration d’intention visant à ouvrir la voie à une gestion durable des ressources dans les domaines de l’approvisionnement, de la planification, de la construction et de la démolition.

Au total, plus de dix start-ups sont issues de la recherche et des projets menés au sein de NEST ; elles contribuent à la transformation durable du secteur de la construction grâce à des innovations prometteuses dans les domaines de l’ingénierie structurelle, de la gestion de l’énergie et de la gestion des eaux usées. Et Peter Richner ajoute : « La force de NEST réside précisément dans le fait que des acteurs de divers secteurs peuvent examiner les défis actuels, valider des solutions et en déduire des stratégies pour l’avenir dans un contexte concret. On pourrait donc décrire le NEST comme une sorte de « moteur de réponses» pour les questions liées à l’environnement bâti. »

Dans le domaine des technologies numériques, par exemple, le Pôle de recherche national sur la fabrication numérique (PRN Fabrication numérique), basé à l’ETH Zurich, a perfectionné de nombreux nouveaux outils de conception et de fabrication au cours des douze dernières années. Parallèlement, ce programme a formé toute une génération d’experts et donné naissance à des entreprises dérivées vouées à la transformation du secteur de la construction. Les unités NEST DFAB-House et HiLo – représentant chacune une conception distincte pour des bâtiments résidentiels et de bureaux innovants – ont joué un rôle clé dans cette évolution. Outre leurs géométries singulières et optimisées sur le plan structurel, ces projets se caractérisent également par une méthode de construction hybride bois-béton et par des systèmes automatisés de gestion du bâtiment. Les deux unités NEST ont servi de projets phares pour le programme de recherche, car elles ont permis la mise en œuvre et la validation très réalistes de diverses technologies et méthodes. Selon Russell Loveridge, chef de projet pour le NCCR DFAB : « Pour que le secteur de la construction s’engage sérieusement dans de nouvelles idées et de nouveaux concepts, il a besoin de preuves concrètes que ce que nous développons dans le cadre de nos recherches fonctionne réellement. À cet égard, NEST a été un élément essentiel de notre travail, rapprochant la recherche et l’industrie et rendant possible, avant tout, de nombreuses collaborations. » Ce qui rend NEST si particulier, explique-t-il, c’est que les unités n’imposaient pas vraiment de limites, mais laissaient au contraire une grande liberté en matière de recherche et de développement : « Si quelque chose ne fonctionnait pas comme nous l’avions envisagé lors de la planification, cela ne constituait jamais un échec – c’était toujours l’occasion pour nous d’affiner nos méthodes et d’ajuster nos processus », explique M. Loveridge.

Des idées aux innovations

La prochaine étape logique, qui a été franchie au sens propre en 2024 avec l’unité STEP2, consiste à transformer les concepts innovants issus des prototypes réels développés chez NEST en produits prêts à être commercialisés. Outre un design convaincant et des réductions d’émissions avérées, cela nécessite avant tout une chose : une analyse de rentabilité. Enrico Marchesi, responsable de l’innovation chez NEST, qui a notamment été chargé du développement de l’unité STEP2, en est parfaitement conscient : « Une innovation n’est une innovation que si elle peut être vendue. Sinon, ce n’est qu’une invention qui n’est pas mise en pratique et qui n’apporte donc aucun bénéfice. »

En fin de compte, c’est à cette aune précise que lui-même et le directeur général Reto Largo évaluent NEST. C’est pourquoi la viabilité commerciale a été une priorité absolue lors du développement de STEP2 : contrairement aux projets antérieurs, les composants utilisés devaient être disponibles à la commande dès le lancement. Cela a particulièrement bien fonctionné dans le cas de la dalle de plancher innovante, qui allie économie de ressources et confort accru : grâce à la planification numérique et à la préfabrication, les émissions de CO₂ ont été réduites d’environ 40 % par rapport à une dalle de béton plate classique. Parallèlement, ce système de plancher intègre une isolation acoustique et peut servir de masse thermique passive.

Avec le système de plancher développé par Vaulted AG, une spin-off du groupe Philippe Block à l’ETH Zurich, une deuxième solution structurelle a franchi le chemin menant du prototype au NEST au produit fini, ce qui a permis de réduire considérablement l’utilisation de matériaux et les émissions de CO₂. Ces exemples montrent que l’identification d’un potentiel d’économies significatif, combinée à une solution innovante, aboutit tôt ou tard à de nouveaux produits suscitant un réel intérêt chez les concepteurs et les maîtres d’ouvrage.

Toujours une longueur d'avance

Pour Reto Largo, la collaboration étroite avec des partenaires du secteur de la construction restera clairement au cœur des projets futurs : « Avec notre nouvelle entité, Beyond.Zero, nous nous attaquons délibérément à un sujet novateur : le développement de matériaux de construction et d’isolation à bilan carbone négatif, basés sur l’utilisation du biochar. Nous espérons ainsi aboutir à des bâtiments capables de faire office de puits de carbone à l’avenir. » Divers partenaires externes participent au processus de développement des matériaux afin de garantir que la mise à l’échelle et la commercialisation puissent se dérouler le plus rapidement possible. À long terme, l’objectif est de remplacer le biochar naturel par du charbon de bois produit synthétiquement à partir du CO₂ atmosphérique. Plusieurs projets de recherche menés à l’Empa ont déjà démontré que cette approche est bel et bien techniquement viable et ne relève pas simplement d’un rêve utopique.

Matthias Sulzer, directeur du département des sciences de l’ingénierie à l’Empa, place lui aussi de grands espoirs dans Beyond.Zero. Il en est convaincu : « Le potentiel offert par ces puits de carbone dans le parc immobilier est énorme. Si nous parvenons non seulement à démontrer qu’il est possible de construire de cette manière, mais aussi à développer ces produits à grande échelle grâce à nos partenaires industriels, nous ferons alors un bond en avant décisif vers la réalisation de nos objectifs climatiques. » Pour lui aussi, la collaboration entre la recherche et l’industrie reste cruciale. Il voit toutefois un autre pilier pour le développement futur de NEST : « Aujourd’hui, nous constatons que la recherche et le développement s’ancrent de plus en plus solidement au sein des entreprises du secteur de la construction. Pour nous assurer de pouvoir continuer à contribuer au mieux au processus d’innovation, il est essentiel que NEST serve non seulement de projet de démonstration, mais aussi de réseau dynamique, au sens d’une communauté, pour la collaboration interdisciplinaire. »

Après dix ans d’existence de NEST, tout le monde s’accorde sur un point : même au cours des 50 prochaines années, nous ne construirons pas de manière fondamentalement différente de ce que nous faisons aujourd’hui. Ce qui changera – et doit changer –, en revanche, ce sont la planification, les produits, les processus et les niveaux de prix. Grâce aux outils numériques, nous pouvons aujourd’hui travailler bien plus efficacement qu’il y a 20 ans, c’est pourquoi des solutions de qualité supérieure ne sont pas nécessairement plus coûteuses. Pour Reto Largo, une chose est claire : « La question n’est pas de savoir si les innovations durables pourront s’imposer comme de nouveaux produits standard, mais plutôt quand. À condition, bien sûr, que nous continuions à réunir de manière cohérente la recherche, l’industrie et les clients. Avec NEST, nous disposons d’un terrain d’expérimentation unique qui nous permet de repenser les bâtiments, d’essayer de nouvelles choses et de faire preuve d’audace dans le processus de développement. »

Tous ceux qui souhaitent se plonger dans les modules passionnants de NEST et se faire une idée des solutions innovantes dans le secteur du bâtiment peuvent le faire grâce à notre visite virtuelle.

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Informations

Reto Largo
Directeur général de NEST
Tél. +41 58 765 65 63
reto.largo@empa.ch