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Comment Vêtir et Dévêtir sa Maison

Sat, 11 Oct 2025 00:00:00 +0000

Image : _Arabes dans le désert_, tableau de Vasili Veresjtsjagin. Fin du XIXe ou début du XXe siècle. Image dans le domaine public. A l’intérieur de la tente, il pouvait faire jusqu’à 10-15°C plus frais que dans l’air environnant.

L’isolation thermique est un des piliers des politiques publiques visant à réduire les consommations énergétiques liées au chauffage et à la climatisation des bâtiments. ¹ Dans de nombreux pays industrialisés, les réglementations thermiques imposent aux projets de construction et de rénovation un certain niveau d’isolation des murs, planchers, toitures, ainsi que des menuiseries à double ou triple vitrage. En période froide, l’isolation thermique permet de réduire la perte de chaleur de l’intérieur vers l’extérieur, diminuant ainsi les consommations énergétiques du système de chauffage. À l’inverse, en période chaude, l’isolation diffère le transfert de chaleur de l’extérieur vers l’intérieur, limitant alors, le cas échéant, les consommations du système de climatisation.

Ces stratégies contemporaines d’isolation thermique sont basées sur l’ajout définitif de matériaux non-structurels, dotés d’une résistance thermique élevée, à l’enveloppe des bâtiments. Il peut s’agir de fibre de verre, laine minérale, polyuréthane, ouate de cellulose, etc. D’un point de vue historique, cette approche est loin d’avoir été la « norme », et résulte d’un changement majeur de paradigme dans l’architecture. Les bâtiments de l’ère préindustrielle n’avaient en effet pas besoin de cette isolation supplémentaire, dans la mesure où ils disposaient d’une masse thermique suffisante pour atténuer les variations extérieures de température. En outre, les matériaux de constructions eux-mêmes pouvaient avoir une assez bonne résistance thermique.

Sur le temps long de l’histoire de la construction, les techniques et stratégies actuelles d’isolation thermique sont loin d’avoir été la norme, et résultent d’un changement majeur de paradigme dans l’architecture.

Par exemple, on construisait aux XIIe et XIIIe siècles en Europe du Nord des bâtiments dont le toit de chaume atteignait 60 à 80 cm d’épaisseur. Les murs étaient souvent bâtis avec un mélange de terre et de paille, qui offrait à la fois une inertie et une résistance thermique satisfaisantes. ² A contrario, les bâtiments contemporains sont la plupart du temps constitués de structures filaires type poteaux/poutres en acier et béton, dont la masse thermique est in fine relativement faible. Ils s’avèrent de fait très sensibles aux variations extérieures de températures.

Par ailleurs, les constructions préindustrielles disposaient de peu de fenêtres, qui plus est de petite taille ; souvent dépourvues de vitrage, celles-ci étaient seulement fermées la nuit par des volets en bois. ³ Les bâtiments actuels sont au contraire dotés de larges surfaces vitrées, ce qui génère d’importantes déperditions de chaleur en hiver et des apports solaires élevés en été.

Dans les climats chauds, les bâtiments étaient généralement conçus pour favoriser la ventilation naturelle, par exemple en jouant sur l’orientation des constructions, la taille et la disposition des ouvertures, ou encore par une logique de cours intérieures, patios, etc. ⁴ À l’inverse, les bâtiments contemporains sont souvent conçus et construits de manière standardisée, quel que soit le climat local. Tout ceci entraîne inévitablement de fortes consommations d’énergie pour le chauffage et la climatisation ; on ajoute alors des isolants et du double vitrage, surtout depuis les chocs pétroliers des années 1970.

Image : Une _masia_ traditionnelle à Arenys de Mar en Catalogne (Espagne). Construite en 1570, elle comporte d’épais murs extérieurs et de petites fenêtres, ce qui aide à maintenir une température intérieure stable tout au long de l’année. Photo de Ainhoa P (CC BY 2.0).

Image : Une maison traditionnelle Batak en Indonésie, conçue pour maximiser le rafraîchissement passif et la ventilation naturelle dans un climat tropical chaud et humide. Le toit de chaume protège efficacement des apports solaires, tandis que la grande hauteur sous plafond et l’orientation judicieuse du bâtiment par rapport à l’axe des vents dominants facilitent l’évacuation de l’air chaud. Crédit photo : Mr. Wabu (CC BY-SA 2.0).

Isolation Permanente versus Amovible

Réintroduire des principes vernaculaires et bioclimatiques, permettant de maintenir une température intérieure confortable via une conception intelligente des bâtiments plutôt que par le recours à des systèmes énergivores, pourrait permettre de réduire les consommations liées au chauffage et à la climatisation de manière significative. Toutefois, il ne s’agit pas d’une solution à court terme : le renouvellement du parc bâti existant nécessite à la fois beaucoup de temps, d’argent et d’énergie.

Heureusement, l’histoire nous offre un bon exemple d’une solution alternative qui peut être déployée plus rapidement et avec des ressources moindres : les textiles. Avant la révolution industrielle, il était courant d’ajouter temporairement une couche d’isolation textile soit à l’intérieur soit à l’extérieur d’un bâtiment, selon le climat et la saison. Par temps froid, les murs, sols, toits, fenêtres, portes et même les meubles étaient isolés par des tentures, draperies, tapis et autres tissus. Par temps chaud, ce sont les fenêtres, portes, façades, toits, patios et rues que l’on couvrait d’auvents et de toiles d’ombrages.

Image : Le divan de Sigmund Freud au Musée Freud de Londres. La pièce comporte un tapis au sol, au mur, sur le canapé, ainsi que des coussins. Crédit photo : Robert Huffstutter (CC BY 2.0).

Image : Toiles d’ombrage abritant des passager·es à bord de l’Undine. Illustration pour l’hebdomadaire The Graphic, 12 novembre 1887. Image dans le domaine public.

Une isolation amovible permet de réaliser des économies d’énergie significatives avec bien plus de flexibilité que des isolants permanents. Les techniques d’isolation actuelles impliquant des permis de construire et des interventions sur la structure des bâtiments, elles s’avèrent à la fois onéreuses, chronophages et restent, en définitive, réservées aux propriétaires ou bailleurs. De plus, ces techniques sont parfois inadaptées au bâti ancien, pour lesquelles le rapport entre le coût d’investissement et les économies d’énergie réalisées en retour peut être défavorable. ⁵⁶

Les habitant·es ont souvent la possibilité d’installer une isolation amovible sans demander de permis spécifique ni recourir à des professionnels, ce qui met cette solution DIY à la portée du plus grand nombre.

Au contraire, les techniques d’isolation basées sur des textiles amovibles se révèlent adaptées à la fois aux constructions neuves et au bâti ancien, et concernent autant les propriétaires que les locataires. Les habitant·es ont souvent la possibilité d’installer une isolation amovible sans demander de permis spécifique ni recourir à des professionnels, ce qui met cette solution DIY à la portée du plus grand nombre. Une isolation amovible peut, de plus, être mise en œuvre rapidement sans causer de nuisances particulières pour les autres résident·es ni le voisinage.

Concernant le rafraîchissement, les textiles présentent un autre avantage. Les bâtiments très isolés et dotés d’une forte étanchéité à l’air peuvent subir d’importantes surchauffes internes en cas de panne du système de climatisation pendant une vague de chaleur. ⁷ À l’inverse, des protections solaires passives comme les stores, auvents et toiles d’ombrage permettent de maintenir un certain confort en intérieur sans être dépendant du bon fonctionnement du réseau électrique.

L’hiver : Tapis et Rideaux

Historiquement, l’utilisation de couches de tissus amovibles en architecture a suivi des stratégies différentes selon les climats. Dans les régions froides, à l’instar d’une grande partie de l’Europe, les gens disposaient sur les parois internes des édifices différents « dispositifs » textiles, en vue d’améliorer leur confort thermique. Certains d’entre eux, comme les rideaux et tapis, sont toujours présents dans les intérieurs modernes, en bien moindre proportion néanmoins par rapport aux époques précédentes.

Par exemple, les tapis n’étaient pas seulement disposés au sol, mais également suspendus aux murs (« tapis muraux » ou « tentures ») ; ils drapaient les tables (« jetés » ou « chemins de table »), et couvraient divers autres meubles – le terme « jeté » désigne en réalité tout pan de tissu disposé sur un meuble, un canapé, un fauteuil, une table ou un lit en guise de protection et d’ornement. De même, d’épais rideaux étaient installés devant les fenêtres, mais aussi les portes (« portières ») et ouvertures, et disposés autour des lits (« baldaquins » ou « ciels de lit »). ⁸⁹¹⁰¹¹¹²¹³¹⁴¹⁵ Dans certaines régions, les habitant·es suspendaient quant à eux d’épaisses étoffes – édredons, couettes ou courtepointes – au plafond pendant les mois d’hiver. ¹⁶¹⁷¹⁵

Image : Chambre d’un château français de la fin du XVIe siècle. Elle comporte un lit à baldaquin et des tentures murales assorties, un tapis de sol ainsi que des rideaux. Crédit photo : PMRMaeyaert (CC BY-SA 3.0).

Image : Suspension d’un édredon sous la toiture de la maison d’Oskar et Zofia Hansen à Szumin, en Pologne. Photographie de Michał Matejko, 2020, tirée du projet «The Clothed Home » réalisé par Alicja Bielawska, CENTRALA et Aleksandra Kędziorek, et organisé par l’Institut Adam-Mickiewicz. Reproduite avec l’aimable autorisation de l’auteur.

Image : Baldaquin en soie brodée exporté de Chine, c. 1760-1770. Source : Rijksmuseum. Image dans le domaine public.

Image : Jeté de table en forme de croix, points noués sur trame en laine, décor de médaillon avec motifs floraux de style ottoman sur fond rouge, probablement originaire du Caire, Egypte, 1550-1600. Source : V&A. https://collections.vam.ac.uk/item/O67146/table-carpet-table-carpet-unknown/

Ces « tissus domestiques » étaient généralement fabriqués en laine naturelle, qui demeure un des matériaux isolants les plus performants. ¹⁸ La résistance thermique de la laine reste la même qu’elle soit mise en œuvre de manière permanente au sein des parois d’un bâtiment, ou simplement disposée à leur surface. Les tapis de sol et tentures murales réduisaient ainsi le transfert de chaleur de l’intérieur vers l’extérieur du bâtiment, exactement comme les procédés d’isolation actuels. De la même manière, des rideaux en laine de 2-3 cm d’épaisseur conféraient à une fenêtre à simple vitrage le même niveau d’isolation qu’un double vitrage moderne. ¹⁹

Avant le XVIIIe siècle, les Européens importaient déjà des tapis d’Orient mais ne les utilisaient qu’accrochés aux murs ou pour couvrir des meubles, les considérant comme des objets trop précieux pour marcher dessus.

La fabrication de tapis et carpettes en laine sur des métiers à tisser, par le procédé de tissage à plat et, plus tard, par nouage, est attestée dès les premiers siècles après J.-C. au Moyen-Orient, en Asie Centrale, et en Extrême-Orient. Pourtant, les tapis de sol en laine ne se sont répandus en Europe qu’aux alentours du XVIIIe siècle, au moment où la production de tapis commença à être mécanisée. Avant cette évolution technique, les Européens importaient déjà des tapis d’Orient mais ne les utilisaient qu’accrochés aux murs ou pour couvrir des meubles, les considérant comme des objets trop précieux pour marcher dessus. Pour l’isolation du sol, ils avaient alors recours à des peaux d’animaux, à divers types de paille, ou encore à des nattes en fibres végétales. ¹⁰¹¹¹²²⁰²¹

Image : _Marchand de tapis au Caire_. Peinture de Charles Robertson. Image dans le domaine public. Avant 1892.

Image : _La conférence de Somerset House_. La délégation espagnole se trouve à gauche, la délégation anglaise à droite ; au centre, un « tapis de table ». Peinture de Juan Pantoja de la Cruz, 1604. Image dans le domaine public.

Image : Des nattes couvrent l’intégralité du sol. _La Reine d’Angleterre Elizabeth 1re reçoit des ambassadeurs néerlandais_, tableau de Levina Teerlinc, 1558. Image dans le domaine public.

Ces tissus d’intérieur permettaient aussi d’arrêter les courants d’air qui s’infiltraient à l’intérieur du bâtiment par des interstices ou fissures dans les parois extérieures, mais aussi au niveau des encadrements des portes et fenêtres. ⁸ C’est ailleurs la raison pour laquelle les rideaux de fenêtre ont évolué pour pouvoir être tirés des deux côtés. Les rideaux à deux pans peuvent en effet être entrouverts afin de laisser pénétrer la lumière du jour et dégager la vue tout en arrêtant les infiltrations d’air causées par des joints de mauvaise qualité entre le mur et le dormant (cadre de la fenêtre). ⁹¹⁰

Les rideaux à deux pans peuvent être entrouverts afin de laisser pénétrer la lumière du jour et dégager la vue tout en arrêtant les infiltrations d’air causées par les joints de mauvaise qualité entre le mur et le cadre de la fenêtre.

Pendant l’hiver, d’épais et lourds rideaux permettaient de protéger une pièce du courant d’air froid généré à chaque fois que quelqu’un ouvrait la porte. Ces rideaux appelés « portières » existent toujours dans les halls de certains bâtiments historiques ou d’anciens cafés, mais on en trouvait aussi à l’époque dans des habitations. ⁹¹⁰¹⁶¹⁵

Comparés aux techniques d’isolation contemporaines, les tissus avaient en outre l’avantage, en jouant sur d’autres paramètres physiques (comme l’effusivité), d’offrir un meilleur ressenti en termes de confort thermique. Les tapis de sol ralentissaient le transfert thermique par conduction des pieds vers le sol froid, tandis que les « chemins de table » mettaient les bras et les mains en contact avec une surface plus chaude au toucher. Enfin, les duvets suspendus aux plafonds, les baldaquins et « couvertures de table » (table mats) étaient autant de manières d’accumuler la chaleur produite par le corps humain ou une autre source d’énergie au sein d’un volume plus réduit. ¹⁶¹⁷¹⁵

Image : Baldaquin, tapis de sol et jeté de table. _Femme à sa toilette_, tableau de Jan Steen, 1663. Image dans le domaine public.

Image : Un rideau de porte. _Intérieur_, tableau d’Andrea Gram, 1885. Image dans le domaine public.

Fauteuils Tapissés, Boiseries Murales

Les textiles pouvaient également être combinés avec des éléments de boiserie, dans le même but d’améliorer le confort thermique. Par exemple, le paravent était un ouvrage associant tapisserie et menuiserie, qui bloquait les courants d’air et réfléchissait la chaleur radiante issue de la cheminée. ⁸ Dans le cas des chaises tapissées, apparues à la fin des années 1600, le matériau de revêtement (textile, cuir) était garni d’un coussin d’assise, rembourré avec du duvet, des plumes, de la laine, du crin de cheval, ou encore des chiffons. ¹¹ Ceci offrait une assise plus moelleuse tout en réduisant les déperditions thermiques du corps vers le meuble. ⁸ Les coussins contribuaient eux aussi au confort thermique.

Certains éléments décoratifs, composés de bois ou de plâtre, assuraient des fonctions assez similaires aux textiles au sein des pièces de vie. Par exemple, les moulures permettaient d’arrêter les courants d’air en recouvrant les « joints de construction » entre les murs et les planchers (plinthes), les plafonds (corniches), et les portes et fenêtres (chambranles). ⁸²² Certaines demeures disposaient quant à elles de cloisons amovibles, sorte de panneaux en bois fixés au plafond par des gonds ou charnières, qui étaient descendus en hiver afin de contenir la chaleur autour de l’âtre. ²³

Les moulures éliminaient les courants d’air en recouvrant les joints à la liaison entre les murs et planchers, plafonds, portes et fenêtres.

Le lambris était un habillage en bois de sapin ou de chêne, généralement installé en partie basse d’un mur – une pratique qui remonte à la fin du Moyen Âge. ⁸¹¹²⁴ De telles boiseries pouvaient également être rembourrées, ce qui augmentait alors leur résistance thermique. Les rideaux étaient parfois remplacés par des volets intérieurs. Se substituant aux baldaquins, les lits-clots étaient quant à eux fermés de tous côtés par des panneaux de bois.

Il existe malheureusement peu de recherches scientifiques menées sur le potentiel d’économies d’énergies associées aux textiles domestiques et à des dispositifs similaires, qu’ils soient utilisés seuls ou en combinaison avec une isolation « permanente » du bâti. Seules quelques études plus anciennes ont évalué les performances thermiques des tapis de sol et muraux, mais aucune d’entre elles ne s’est intéressée aux effets combinés des textiles d’intérieur et autres éléments « décoratifs ». ²⁵

Image : Fauteuil tapissé fabriqué par la Manufacture de tapisserie de Beauvais, première moitié du XVIIIe siècle. Crédit photo : Metropolitan Museum of Art. Image dans le domaine public.

Image : Boiseries murales. Morgan Woodwork Organization, 1921. Image dans le domaine public.

L’été : Stores et Auvents

Les textiles décrits ci-dessus étaient, à l’origine, utilisés pour améliorer le confort thermique par temps froid. Le rideau de fenêtre constitue une exception à cette règle, puisqu’il permet non seulement de conserver la chaleur à l’intérieur pendant l’hiver, mais également de protéger en partie du rayonnement solaire en été, maintenant une température plus fraîche qu’à l’extérieur. ²⁶ Néanmoins, quant il s’agit de rafraîchir l’environnement intérieur, les textiles sont beaucoup plus efficaces utilisés à l’extérieur du bâti sous forme d’auvents ou de stores, qui bloquent le rayonnement solaire avant qu’il ne traverse le vitrage. ²⁷

Il faut attendre les XVIe et XVIIe siècles en Europe pour voir apparaître les rideaux de fenêtre ainsi que les stores : à cette période, la production de verre devient suffisamment abordable pour intégrer de plus grandes surfaces vitrées aux édifices. ⁹¹¹²⁰ Comme évoqué précédemment, de plus grandes fenêtres compliquent à la fois le chauffage et le rafraîchissement des bâtiments. Cette évolution présente néanmoins des avantages : elle permet des apports solaires « passifs » en hiver, améliore la ventilation naturelle, l’accès à la lumière du jour tout au long de l’année, et offre une meilleure vue sur l’extérieur. ²⁸²⁶²⁹

Les rideaux et stores – ces derniers généralement en toile – permettent de concilier ces différents enjeux liés au bioclimatisme. Par exemple en été, un store permet de limiter les apports solaires tout en laissant les fenêtres ouvertes pour ventiler, disposer de lumière naturelle et d’une vue partielle sur l’extérieur. ³⁰ Au XIXe et début du XXe siècle, on pouvait voir des stores et auvents en façade des immeubles dans la plupart des villes d’Europe et d’Amérique du Nord. Plusieurs gratte-ciels de New York et Chicago en étaient même équipés à l’origine. ³¹

Au XIXe et début du XXe siècle, on pouvait voir des stores et auvents en façade des immeubles dans la plupart des villes d’Europe et d’Amérique du Nord.

Les stores peuvent être combinés à la climatisation, réduisant alors considérablement la consommation d’énergie de cette dernière. Plusieurs études ont démontré que des protections solaires extérieures efficaces (stores ou auvents) peuvent réduire la consommation énergétique d’un système de climatisation d’un tiers voire de la moitié ; ces gains dépassent ceux permis par des technologies plus coûteuses comme le double ou triple vitrage, ou encore le vitrage à faible émissivité (conçu pour bloquer les rayons UV). ⁷³²³³³⁴³⁵³⁶³⁷³⁸ Les fenêtres actuelles n’ayant jamais été aussi grandes, ce type de protections solaires donne de très bons résultats pour un investissement relativement faible.

Image : Diversité des stores et auvents dans une rue à Madrid, en 1919. Image dans le domaine public.

Image : Maison avec stores dits « corbeille » à Rotterdam, Pays-Bas, 2014. Crédit photo : Marcvantveer (CC BY-SA 3.0).

Image : Le Tacoma Building à Chicago, 1905. Les stores dont était dotée la façade furent par la suite remplacés par des unités de climatisation. Image dans le domaine public.

L’été : Voiles d’ombrages

En dehors de l’Europe Occidentale et de l’Amérique du Nord, l’usage de « rideaux » extérieurs à des fins de rafraîchissement précède de plusieurs siècles l’utilisation du verre pour les fenêtres. Depuis plus de 2000 ans, au Moyen-Orient et sur tout le pourtour méditerranéen, on a eu recours à des textiles pour abriter du soleil non seulement les portes et fenêtres (non vitrées), mais également les toits, façades, patios, cours intérieures, et même des rues entières. Ce type de tenture extérieure a reçu, selon les époques et les régions, le nom de « velum », « toldo » ou « voile d’ombrage ».

La toile d’ombrage traditionnelle, faite de chanvre tressé, est une pièce de tissu de forme rectangulaire ou triangulaire, suspendue à des cordes par des œillets latéraux. ³⁹ Les micro-perforations de ce type de toile évitent que l’air chaud ne stagne sous le dispositif d’ombrage. ⁴⁰

Dans la Rome Antique, les marins assemblaient de larges velaria destinés à protéger du soleil les amphithéâtres. ³⁹⁴¹⁴⁰ En Égypte, au Caire, les voiles d’ombrage des rues et patios font encore partie intégrante de la forme urbaine, en particulier dans certains quartiers historiques. ³⁹ Des villes européennes historiquement marquées par le passage de la culture islamique, comme Cordoue, Málaga, Grenade et Séville en Espagne, ont fait perdurer ou remis au goût du jour l’usage des toldos, qui couvrent des rues voire des quartiers entiers.

Si l’utilisation des voiles d’ombrage a été prédominante dans les climats désertiques, le changement climatique les rend aujourd’hui pertinentes y compris dans des régions tempérées.

Une étude menée en 2020 dans la ville de Cordoue a démontré que les toldos permettaient de réduire la température des revêtements de sol, des façades de bâtiments et des toits de 15°C. ⁴⁰ Une stratégie d’ombrage collective pourrait ainsi remplacer des stores et auvents individuels ; l’efficacité sur le rafraîchissement des bâtiments dépend toutefois de l’orientation des rues. Si, de manière générale, l’utilisation des voiles d’ombrage a été prédominante dans les climats désertiques, le changement climatique les rend aujourd’hui pertinentes y compris dans des régions tempérées.

Contrairement à la climatisation, les auvents et voiles d’ombrage sont des solutions robustes, abordables et simples, à la portée de la plupart des foyers et communautés. En Égypte, par exemple, à contre-courant de la logique descendante, où l’aménagement urbain est planifié par les autorités locales, les résidents assurent eux-mêmes la confection et l’installation des toldos, « ce qui prouve qu’un mouvement architectural populaire, s’appuyant sur l’artisanat et les savoir-faire locaux, est possible ». ³⁹

Image : _Toldo_ dans une rue, Espagne. Crédit photo : IL-Institute, University of Stuttgart. Image dans le domaine public.

Image : _Toldos_ dans la rue Sierpes à Séville, Espagne, 1918. Image dans le domaine public.

Rues Couvertes

La frontière entre isolation permanente et amovible est parfois poreuse ; cela vaut notamment pour les dispositifs extérieurs. Par exemple, les persiennes et éléments architecturaux comme les fenêtres en retrait (par rapport au nu extérieur de la façade) ou encore les galeries couvertes peuvent se substituer aux auvents et voiles d’ombrage. ⁴²

Dans les cités du monde arabo-musulman, les rues des quartiers résidentiels pouvaient être couvertes partiellement, par l’encorbellement des étages, voire totalement, par l’ajout d’espaces de vie supplémentaires. Les rues commerçantes étaient généralement couvertes, soit par des maçonneries lourdes (voûte ajourée), soit par des structures semi-lourdes associant mur de parapet et toit à deux pans, ou plus simplement par des planches de bois couvertes de chaume. ⁴²

Les arbres peuvent aussi servir de dispositif d’ombrage. Les arbres à feuilles caduques, en particulier, permettent de protéger les rues et bâtiments en été, tout en laissant passer les rayons du soleil en hiver. Les arbres mettent cependant des décennies avant d’atteindre leur plein développement, et ont besoin d’eau, qui est souvent une ressource précieuse dans les régions où les toiles d’ombrage sont historiquement utilisées.

Image de gauche : Consulat Britannique 1917. Traditionnellement, les habitant·es de la région de la Mer Rouge, au climat chaud et aride, placent devant les ouvertures de bâtiment des panneaux de bois ajourés, sortes de claires-voies finement ouvragées. Ces éléments prennent le nom de "masharabiya" (Egypte), "rowshan" (Arabie Saoudite) ou encore "jali" (Inde, Pakistan). [^11][^28][^36] Il s’agit là de structures en bois, disposées en saillie de la façade et couvrant une voire plusieurs fenêtres, à chaque étage. Les "shishes", nattes faites d’herbes ou de chaume tressé et suspendues devant les fenêtres et portes d’entrées, en étaient une version moins coûteuse utilisée par les ménages plus modestes. Image de droite : Scène de rue, 1916. Crédit photo : [^36].

Image : _Le Bazar des tapis, Le Caire_, tableau de William James Müller, 1843. Bristol Museum & Art Gallery. Image dans le domaine public.

Architecture Textile : les Tentes

Dans tous les exemples cités précédemment, les textiles forment une couche architecturale additionnelle, « souple », qui se superpose soit à l’intérieur soit à l’extérieur des parois « solides » du bâti. Pourtant, cette enveloppe textile souple peut aussi faire architecture par elle-même. Dans de nombreuse partie du monde, plutôt que d’habiter des structures permanentes construites en bois, en terre, en briques ou tout autre matériau solide, les humains ont habité – et habitent parfois encore – des structures légères et portables, presque entièrement faites de textiles : les tentes. La toile d’une tente remplit à la fois les fonctions de rideau, de tapis de sol et d’auvent – sans paroi solide entre ces éléments.

La toile d’une tente remplit à la fois les fonctions de rideau, de tapis de sol et d’auvent – sans paroi solide entre ces éléments.

En tant que discipline académique, l’histoire de l’architecture n’a pendant longtemps que peu voire pas considéré comme digne d’intérêt l’architecture textile, laquelle est apparue au sein de peuples nomades, hors de la sphère du monde occidental soi-disant « civilisé ». ⁴¹⁴³ Pourtant, l’utilisation des tentes comme habitations permanentes était un fait largement répandu. Elles constituaient même l’abri de prédilection de très nombreux peuples quand deux facteurs, souvent corrélés, étaient prédominants dans leur environnement et mode de vie : un manque de matériaux de construction et un besoin de mobilité géographique. Les peuples pasteurs nomades ont utilisé des architectures « mobiles » à travers les vastes étendues d’Eurasie, d’Afrique du Nord et d’Amérique du Nord jusqu’à une période relativement récente, et pour certains les utilisent encore aujourd’hui. ⁴¹

On peut, encore aujourd’hui, trouver de solides arguments en faveur de la tente, à la fois en termes de soutenabilité et de résilience. Tout d’abord, les tentes sont beaucoup moins consommatrices de ressources que les constructions permanentes. Ensuite, ces dernières nécessitent des protections vis-à-vis d’un large éventail d’aléas climatiques, parmi lesquels les canicules, tempêtes, feux de forêt, inondations, etc. A contrario, la tente permet d’échapper à ces problèmes en se déplaçant : autrement dit, de fuir le danger sans laisser sa maison derrière soi. Enfin, les tentes sont un abri sans danger en cas de tremblement de terre.

Image : Intérieur d’une yourte traditionnelle d’Azerbaïdjan. Crédit d’image : G.Fargana (CC BY-SA 4.0).

Image : Un yak transportant une partie des éléments d’une yourte, 1925. Crédit d’image : Fortepan. Image dans le domaine public.

Tentes pour Régions Chaudes et Froides

L’usage de tentes peut être observé dans des régions soumises à des chaleurs ou à des froids extrêmes, ce qui démontre la polyvalence des textiles autant que leur capacité à garantir un certain confort thermique. ⁴¹ La tente conique recouverte de peaux animales en Eurasie du Nord et Amérique du Nord, plus connue sous le nom de « tipi », tout comme la « kibitka » ou tente de feutre, connue sous le nom de « yourte », ont été conçues pour permettre une combustion efficace dans des climats froids et venteux. Dans les deux cas, leur structures fait à la fois office de chambre de combustion, de cheminée et de pare-vent pour le foyer central, en plus de servir d’habitation. ⁴¹

À l’inverse, la « tente noire » utilisée au Moyen-Orient était conçue pour maintenir la chaleur à l’extérieur plutôt qu’à l’intérieur. D’aspect assez similaire aux tentes actuelles, il s’agissait d’une tente sans armature, dont le velum était tendu sur un nombre minimal de poteaux en bois, dans une forme aérodynamique. Contrairement aux matelas de feutres ou aux pièces de cuir recouvrant la kibitka et la tente conique, le velum de cette tente, tissé à partir de poils de chèvre noire, était suffisamment résistant à la traction pour être précontraint. ⁴¹ Il avait l’avantage d’atténuer la chaleur tout en fournissant de l’ombre ; à l’intérieur de la tente, la température pouvait ainsi être jusqu’à 10-15°C plus fraîche qu’à l’extérieur. ³

Tipis

Image : Tipi pied-noir, 1910. Crédit photo : Arthur Rafton-Canning. Image dans le domaine public.

Image : Modèle de tipi, Plaines centrales Cheyenne, Amérique du Nord, 1860, peau de bison et pigments. Artisan Cheyenne anonyme. Crédit photo : John Bigelow Taylor. Image dans le domaine public.

Kibitkas

Image : Soir au campement de yourtes du lac Song Köl, Kirghizistan, 2018. Crédit photo : Ninara (CC BY 2.0).

Image : Une kibitka au Kirghizistan, 2015. Crédit photo : w0zny (CC BY-SA 3.0).

Tentes noires

Image : Un campement de tentes noires dans le sud jordanien. Source : Drew, Philip. Tensile architecture, 1979/2019.

Image : Tentes bédouines et leurs occupants. Crédit photo : Detroit Photographic Co. Image dans le domaine public.

Vêtir et Dévêtir la Maison

Dans un bâtiment moderne, maintenir le confort thermique ne requiert pas d’attention particulière ni d’effort de la part des occupants. Lorsqu’il fait plus froid en hiver ou plus chaud en été, les systèmes de chauffage et de climatisation maintiennent une température intérieure constante, réglée par un thermostat, en consommant de l’énergie. À l’inverse, les bâtiments de l’époque préindustrielle demandaient une participation active de la part de leurs occupants. Il était alors tout à fait habituel d’ajuster les différents textiles intérieurs et extérieurs selon l’heure du jour, la météo ou la saison.

L’usage, au cours de l’histoire, des textiles comme isolation amovible évoque l’acte d’habiller et déshabiller nos corps, qui est lui aussi intrinsèquement influencé par les conditions météorologiques et les saisons.

L’usage, au cours de l’histoire, des textiles comme isolation amovible évoque l’acte d’habiller et déshabiller nos corps, qui est lui aussi intrinsèquement influencé par les conditions météorologiques et les saisons. ¹⁵ Au quotidien, les gens ouvraient et fermaient les rideaux, stores et auvents, selon la météo et l’heure du jour. ⁹ Les toiles d’ombrage des rues et patios était quant à elles repliées la nuit, afin que la chaleur emmagasinée dans la masse thermique des sols et des façades des bâtiments puisse être dissipée par rayonnement vers le ciel. ³⁶ Il en allait de même les journées de grand vent.

Image : De nombreux exemples historiques montrent la proximité qui existait entre la tapisserie, la draperie et la confection des robes. [^11] Détail de : Nicolas Ponce (1746–1831) d’après Pierre Antoine Baudouin (1723–1769), _La toilette_, gravure, 1771. Metropolitan Museum of Art, Harris Brisbane Dick Fund, 1954, 54.533.12. Image dans le domaine public.

Image : _Odalisque, Relaxation_, peinture de Francesco Ballesio (1860–1923). Image dans le domaine public.

À l’échelle saisonnière, les tapis étaient retirés et roulés en été afin de laisser apparent le sol en pierre, plus frais au toucher. Les dais et baldaquins, faits de lourdes étoffes et utilisés pendant l’hiver, étaient remplacés par des textiles plus fins en été, protégeant ainsi dormeuses et dormeurs de la gêne occasionnée par les insectes. ¹⁰ A Cordoue, comme dans d’autres villes espagnoles, des toldos couvraient certaines rues de mai à octobre seulement. ⁴⁰

Les habitant·es de certaines régions du monde ajoutaient des couches temporaires d’isolation extérieure à la structure, en empilant des éléments en partie basse des murs, en particulier sur ceux exposés aux vents dominants. Par exemple, pendant la période coloniale en Amérique du Nord, les maisons du Connecticut se voyaient souvent flanquées de mottes de gazon ou de tourbe, de piles de feuillage ou même, sur la côte, d’algues. Encore aujourd’hui, on peut voir, dans certaines régions rurales du Nord des États-Unis, des bottes de paille empilées tout autour du soubassement des maisons à ossature bois. ³

Vêtir et Dévêtir la Tente

Les tentes témoignent elles aussi d’un usage saisonnier des textiles. En Laponie, la couverture était généralement constituée d’écorces de bouleau en été et de peaux de renne en hiver. Dans les yourtes mongoles et turques, le nombre de couches de feutre disposées sur l’armature était fonction de la température extérieure. On pouvait compter jusqu’à 2 ou 3 couches de feutre en hiver, tandis qu’en été, les feutres périphériques étaient réhaussés d’environ 50 cm au-dessus du niveau du sol, afin de ventiler l’intérieur. Les peuples premiers d’Amérique du Nord régulaient quant à eux l’intensité du feu en ouvrant ou en fermant certaines parties de leurs tentes. En été, les tipis étaient laissés en partie ouverts au vent. ⁴¹

On pouvait compter jusqu’à 2 ou 3 couches de feutre en hiver, tandis qu’en été, les feutres périphériques étaient réhaussés d’environ 50 cm au-dessus du niveau du sol, afin de ventiler l’intérieur

Dans les tentes noires, une doublure en coton, autrement dit une tente dans la tente, pouvait être suspendue à l’intérieur pendant l’hiver afin d’isoler du froid. En été, la tente était laissée ouverte de tous les côtés. Notons que l’excellente tenue au vent et aux rafales des tentes noires reposait entre autres sur une intervention régulière de ses occupant·es. La face ouverte de la tente étant orientée à l’opposée du vent dominant, un brusque changement de direction du vent nécessitait de déplacer les mats vers l’arrière, retirer la toile arrière, et la réattacher à l’avant. ⁴¹

Pendant la saison froide, une isolation extérieure pouvait également être ajoutée aux tentes. Certains peuples entouraient leurs tentes de clayonnages (sorte de clôtures en bois), tandis que d’autres construisaient des murets voire des murs de terre ou de pierre autour. En Laponie, il arrivait que les parties latérales soient recouvertes de neige en hiver. ⁴¹ Certaines tribus autochtones d’Amérique du Nord empilaient un mélange de terre et de pierres tout autour de la base des tipis afin d’arrêter les courants d’air et d’en améliorer l’isolation. Cette technique avait un autre avantage, celui de renforcer l’ancrage de la structure, la protégeant ainsi de vents hivernaux parfois violents. ³

Image : Femmes kirghizes installant des pièces de feutre sur une kibitka, 2010. Crédit photo : Raki_Man (CC BY 3.0).

Image : Intérieur de yourte dans la province de Khövsgol en Mongolie, 2023. Crédit photo : Bernard Gagnon. Image dans le domaine public.

Image : « Indian Encampment », peinture d’Albert Bierstadt, 1862. Crystal Bridges Museum of American Art. Image dans le domaine public.

Intimité, Bruit, Ornement

Tout en gardant les occupants au chaud ou au frais, les textiles pouvaient aussi remplir d’autres fonctions, à la fois dans des habitats permanents ou des tentes. En premier lieu, ils aidaient à délimiter des espaces privés ou plus intimistes au sein du foyer. ⁹ Les pièces étaient séparées par des rideaux, qui permettaient à la fois de mettre à l’abri des regards et d’atténuer les sons. ⁸⁹¹²¹⁶¹⁵ Les rideaux pouvaient également occulter des espaces dédiés à des usages spécifiques et dont l’accès était restreint. ¹³ Les baldaquins, en l’absence de chambre séparée, offraient quant à eux un peu d’intimité. ⁹

Image : Rideau de porte voilant une entrée de maison à Tolve, en Italie, 2019. Crédit photo : Jules Verne Times Two (CC-BY-SA-4.0).

Les rideaux et stores permettaient eux aussi de garantir une certaine intimité sans sacrifier le confort thermique. En été un rideau de porte ou un store pouvait ainsi bloquer les regards extérieurs quand les portes et fenêtres étaient ouvertes, tout en laissant passer un peu d’air et de lumière. Les chambres séparées par des rideaux de porte offraient de même un peu d’intimité aux habitant·es, tout en permettant une bonne circulation de l’air. ⁹ Les textiles permettaient aussi de protéger les gens et leurs effets personnels de la poussière et des insectes, de réduire le bruit, mais également de rendre les voix humaines plus claires et sonores. ¹⁴¹⁵

Enfin, les textiles participaient à l’embellissement des espaces où ils étaient suspendus, « soit par eux-mêmes, soit comme toile de fond pour des objets ou personnes ; en plus de la dimension esthétique, ils créaient ainsi, selon les contextes, un sensation d’opulence, une atmosphère solennelle, ou au contraire intimiste, chaleureuse, etc. » ¹³ Les textiles étaient souvent les objets de plus grande valeur exposés dans un intérieur, leur qualité et leur diversité témoignaient donc directement du statut social de leurs propriétaires. ¹⁰¹³

Les textiles étaient souvent les objets de plus grande valeur exposés dans un intérieur, leur qualité et leur diversité témoignait donc directement du statut social de leurs propriétaires.

Par exemple, dans la plupart des maisons, les tentures étaient faites de laine, coton ou cuir, tandis que les châteaux, palais et villas se distinguaient par leurs murs ornés de tentures de cuir estampé ou de riches tapisseries représentant des scènes ou paysages spécifiques – tissées en soie et laine, et parfois rehaussées de motifs ou dessins brochés d’or et d’argent pour les rendre encore plus précieuses. ¹²⁴⁴

Image : Salle à manger dans le château d'Eijsden, avec tentures en cuir doré. Crédit photo : A. J. van der Wal, Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed (CC BY-SA public domain4.0).

Image : L’appartement de l’impératrice Joséphine au Château Malmaison à Rueil-Malmaison en France. Dans la chambre, luxueusement réaménagée en 1812 en forme d'une tente à seize pans, est exposé le lit original de l’impératrice. Crédit photo : Moonik (CC BY-SA 3.0).

Climatisation et Intérieurs Épurés

De nos jours, peu d’entre nous habitent dans des bâtiments encore équipés de portières, lits à baldaquins, ou persiennes. La profusion de décoration intérieure a laissé place à une esthétique domestique minimaliste, neutre, et bien souvent dénuée de tous textiles. ⁸¹²²⁰ De même, on préfère construire des centres commerciaux climatisés plutôt que des rues commerçantes couvertes de toldos. Ceci n’est, évidemment, rendu possible que par la quantité en apparence « illimitée » d’énergies fossiles à notre disposition. ⁸

Les rideaux, tapis, stores et toiles d’ombrage ont bien entendu leurs inconvénients et désavantages. Ils nécessitent de l’attention et des interventions manuelles, doivent être nettoyés, et peuvent être une source potentielle d’incendie – à moins d’être en laine ou en cuir. ⁴⁵ Cependant, la combustion toujours croissante d’énergies fossiles présente des inconvénients bien plus importants, surtout à long terme.

Les textiles pourraient contribuer à réduire les consommations d’énergie, améliorer le confort thermique et l’habitabilité dans tous types de bâtiments. On pourrait ainsi recourir massivement aux toiles d’ombrage pour couvrir les rues et les toits de quartier entiers. Tous les exemples historiques cités démontrent l’efficacité des stratégies d’isolation basées sur des textiles amovibles.

Image : Un intérieur contemporain. Où sont passés les tissus ? Crédit photo : JessofWoodnCo (CC BY-SA 4.0).

Image : Les Iraniens, connus pour leurs techniques ancestrales de rafraîchissement et de ventilation naturelle comme les tours à vent, ont récemment construit le plus grand centre commercial climatisé au monde. Crédit photo : Anakarnia (CC BY-SA 4.0).

Malheureusement, les propriétés thermiques des tapis, rideaux et autres éléments textiles ne sont pas considérés par les réglementations thermiques qui encadrent la construction et la rénovation des bâtiments. Ajoutez autant de rideaux et épaisseurs de tapis en feutre que vous voudrez ; la réglementation vous obligera quand même à installer du double ou triple vitrage, et à isoler les parois extérieures, quand bien même des textiles judicieusement utilisés pourraient offrir un confort thermique équivalent. ⁵

Quant à l’extérieur des bâtiments, l’installation de stores ou auvents est parfois tout simplement interdite. La British Blind and Shutter Association a ainsi dû batailler auprès des autorités locales afin d’obtenir le retrait d’un arrêté interdisant les bannes et auvents. ³⁰ Enfin, au cas où il vous viendrait des idées, il est interdit dans de nombreux pays de vivre dans une tente, y compris sur une propriété privée.

Merci à Louise Morin pour l’inspiration.

Merci à Jonas Görgen, Roel Roscam Abbing, et Marie Verdeil pour leurs retours sur une précédente version de cet article.

OECD Urban Studies. Global Monitoring of Policies for Decarbonising Buildings. A MULTI-LEVEL APPROACH. https://www.oecd.org/content/dam/oecd/en/publications/reports/2024/10/global-monitoring-of-policies-for-decarbonising-buildings_7351bda4/d662fdcb-en.pdf ↩︎
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Les techniques d’isolation contemporaines peuvent aussi générer des pathologies liées à l’humidité sur des bâtiments plus anciens, tels que les maisons en bois d’Europe du Nord, qui ne sont pas conçues pour être étanches à l’air. En ajoutant une isolation permanente, le manque de ventilation peut entraîner l’apparition de moisissures et dégrader la qualité de l’environnement à l’intérieur. ↩︎
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Il est assez ironique que les tissus domestiques aient disparu des intérieurs précisément au moment où une nouvelle invention devait rendre leur nettoyage beaucoup plus pratique et moins fastidieux : l’aspirateur permet de nettoyer les tapis sur place plutôt que d’avoir à le retirer pour l’épousseter à l’extérieur. ↩︎

Comment sortir de l’âge du fer ?

Wed, 01 May 2024 00:00:00 +0000

Image : Cage d’ancrage en acier pour les fondations d’une éolienne dans le comté de Gilliam (États-Unis). Image de Goose Chap, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Prisonniers de l’âge du fer

En 1836, l’archéologue et conservateur de musée Christian Jürgensen Thomsen a établi une distinction entre trois périodes préhistoriques sur la base des principaux matériaux utilisés pour les armes et outils coupants : l’âge de la pierre, l’âge du bronze et l’âge du fer.¹ Suivant cette logique, il a ainsi formulé l’hypothèse que le développement technique humain procède par « étapes métallurgiques ». La classification tripartite théorisée par Thomsen a beau faire référence au passé, si l’on s’en tient au critère retenu dans son analyse, nous n’avons en réalité jamais dépassé l’âge du fer. Même au 21ème siècle, le fer demeure le principal matériau utilisé, non seulement pour la fabrication des armes et outils coupants mais aussi, plus généralement, pour presque toutes les technologies modernes.

Le fer est désormais principalement utilisé sous forme d’acier. Toutefois, même en conservant le critère de Thomsen, on ne peut pas pour autant parler d’un « âge de l’acier ». Tout d’abord, car l’acier est simplement un alliage de fer (>98 %) et de carbone (<2 %). Ensuite, dans la mesure où les humains ont produit de l’acier dès les débuts de l’âge du fer. C’est une réalité historique peu connue dans le monde occidental, où la production d’acier n’a pris son réel essor qu’au 19ème siècle avec le développement des énergies fossiles. Les métallurgistes africains et asiatiques ont pourtant développé des aciers de haute qualité à des époques bien antérieures – un savoir-faire qui a d’ailleurs permis aux Européens de faire de même, à bien plus grande échelle, par la suite.²

En 2021, la production mondiale de fer et d’acier a atteint 1 950 millions de tonnes (Mt), soit 22 fois plus que la production cumulée d’aluminium et de cuivre (88 Mt). Cette production de fer et d’acier correspond à 5 fois la production mondiale de plastique (391 Mt) et éclipse totalement la production mondiale de silicium (8,5 Mt) et de lithium (0,1 Mt).³⁴ En tant que matériau, l’acier est la pierre angulaire des sociétés industrielles. Sans plastiques, lithium ou silicium, notre civilisation demeurerait industrielle. Sans fer ni acier, nous serions renvoyés 3 000 ans en arrière à l’âge du bronze.

Où se trouve tout cet acier ?

Il n’est pas si facile de prendre conscience de cette omniprésence de l’acier dans la société industrielle, tant ses usages pourtant massifs échappent bien souvent à nos regards au quotidien.⁵ On trouve dans un logement plusieurs objets et équipements en acier comme le réfrigérateur, le lave-linge, la bouilloire, la baignoire, ou encore les appareils de cuisson, de chauffage et de climatisation. Pourtant, seule 2-3 % de la production totale d’acier est destinée aux appareils domestiques.⁶⁷⁸ A l’extérieur, on retrouve de l’acier en grande quantité sous la forme de véhicules. Il s’agit notamment des voitures individuelles, qui à l’échelle mondiale utilisent environ 10 % de l’acier (20 % dans les pays riches). Les bus, camions, trains et bateaux mobilisent quant à eux 4-5 % supplémentaires. Additionnés, ces usages représentent toutefois moins de 20 % de la production mondiale.

L’essentiel de l’acier est incorporé à d’autres matériaux, mis en œuvre sous terre, ou loin des quartiers résidentiels.

L’essentiel de l’acier est en fait incorporé à d’autres matériaux, mis en œuvre sous terre, ou loin des quartiers résidentiels. Plus de la moitié de la production mondiale alimente le secteur de la construction, incluant les bâtiments (résidentiels, tertiaires, industriels) et les infrastructures (ponts, tunnels, ports, canaux, pistes d’aéroports, plateformes et tours de forage pétrolières, raffineries, pipelines, centrales thermiques, lignes électriques, voies ferrées, métros, et ainsi de suite). La plupart de cet acier est intégré dans du béton – le seul matériau capable de concurrencer la production d’acier (avec 1 819 Mt en 2021). Ce n’est pas un hasard si le béton armé est le matériau de construction le plus utilisé à l’échelle mondiale.

Environ 15 % de la production mondiale d’acier sert à fabriquer des machines, incluant des outils, machines-outils, équipements industriels, matériels électriques, ainsi que divers engins miniers, agricoles ou de construction. Même les produits fabriqués avec d’autres matériaux – plastiques, bois, autres métaux – sont usinés au moyen d’outils en acier.⁵ Les 15 % restants se retrouvent dans un large éventail d’objets, des couvercles d’emballages alimentaires aux meubles en passant par les conteneurs maritimes.⁶⁷⁸

Image : Le béton armé est le premier matériau de construction à l’échelle mondiale. Trou sur l’autoroute Interstate 84, aux États-Unis. Photo de Tony George, Oregon Department of Transportation, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

L’empreinte environnementale de la sidérurgie

L’acier est souvent présenté comme un des matériaux les plus durables. Contrairement aux plastiques, il peut être recyclé à volonté sans perte de qualité. La sidérurgie a par ailleurs réalisé des gains importants en termes d’efficacité énergétique, bien plus que d’autres industries. Produire une tonne d’acier brut nécessite désormais, en moyenne, environ 20 gigajoules (GJ) d’énergie primaire – trois fois moins qu’en 1950.⁹ Un bilan très favorable comparé à d’autre matériaux tels que l’aluminium (175 GJ/t), les plastiques (80-120 GJ/t), ou le cuivre (45 GJ/t).⁷ L’acier, contrairement aux plastiques, se dégrade sans toxicité pour l’environnement.¹⁰ Enfin, le minerai de fer n’est pas particulièrement rare. Le fer est le quatrième élément chimique le plus abondant dans la croûte terrestre, dont il compose environ 5 % de la masse.¹¹ A titre de comparaison, le cuivre en constitue seulement 0.01 %.⁵

Mais en dépit de tous ces avantages, la production mondiale de fer et d’acier consomme plus d’énergie et génère plus d’émissions de carbone que n’importe quelle autre industrie. En 2021, la consommation totale en énergie primaire liée à la production d’acier brut s’élevait à 39 exajoules (EJ), ce qui correspond à 7 % de la consommation mondiale pour cette même année (595 EJ). Les émissions de gaz à effet de serre sont, proportionnellement, encore plus élevées car environ 75 % de l’énergie utilisée provient du charbon – le combustible dont l’intensité carbone est la plus élevée. En 2021, l’industrie sidérurgique a ainsi émit quelques 3,3 Gt de dioxyde de carbone, soit environ 9 % des émissions planétaires (36,3 Gt), suivie de près par l’industrie du béton, avec 8 %.

A l’échelle mondiale, la sidérurgie consomme plus d’énergie et génère plus d’émissions de carbone que n’importe quelle autre industrie.

Les estimations ci-dessus proviennent de la World Steel Association et de l’International Energy Agency. Des données identiques sont disponibles pour tous les métaux ; documentées depuis de nombreuses années, elles permettent d’établir des comparaisons historiques. Toutefois, leur périmètre est restreint au seul procédé de fonte des métaux. Elles n’incluent ni l’énergie grise ni les émissions de carbone associées à l’extraction et au transport du minerai de fer, du charbon, du calcaire, de la ferraille, et des produits en acier. Pas plus qu’elles ne prennent en compte l’énergie et les émissions liées à la production du coke et à la préparation du minerai – autant d’étapes essentielles aux procédés sidérurgiques.⁷

Les études scientifiques qui se sont intéressées à l’industrie du fer et de l’acier avec un périmètre plus large sont arrivées à la conclusion que le coût énergétique de la production d’acier serait en réalité 50 % à 100 % plus élevé.¹² L’un de ces rapports estime que les émissions de méthane générées par l’extraction de charbon métallurgique pourraient quant à elles augmenter de 27 % les émissions imputables au secteur. Une autre étude évalue à 10-15 % d’émissions supplémentaires la part induite par le transport maritime du minerai de fer (en amont) et de l’acier (en aval). La sidérurgie génère par ailleurs d’autres problèmes environnementaux, à commencer par une forte consommation d’eau, la production de déchets solides, ainsi qu’une importante pollution de l’air et de l’eau.

L’empreinte carbone de l’industrie sidérurgique est sans conteste incompatible avec l’objectif de neutralité carbone à l’horizon 2050, et ce d’autant plus que la production d’acier va très certainement continuer à croître. La production d’acier a décuplé depuis 1950, et doublé entre 2000 et 2020, une croissance encore plus rapide que ce que de nombreux chercheurs avaient pu prédire.¹³ En parallèle, les gains d’efficacité énergétique ont diminué, et un consensus scientifique s’établit sur le fait que les technologies actuelles ont atteint la limite thermodynamique.⁷⁹¹⁴ Au cours des deux dernières décennies, la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour produire une tonne d’acier est demeurée stable, aux alentours de 20 GJ/t.⁹¹⁵

Comment produire de l’acier sans énergies fossiles ?

Il y a deux manières de fabriquer de l’acier, l’une étant beaucoup plus soutenable que l’autre.¹⁶ D’un côté, le haut-fourneau (ou « convertisseur à oxygène ») est un procédé qui consiste à fabriquer l’acier à partir de minerai de fer et de charbon. Cette technique est – dans ses grands principes – vieille de 2 000 ans. De l’autre, le four à arc électrique, dans lequel l’acier est fabriqué à partir de ferraille et d’électricité. Relativement nouvelle, cette technologie consomme beaucoup moins d’énergie qu’un haut-fourneau, utilise une matière recyclée (il n’est ici pas nécessaire d’extraire du minerai de fer), et fonctionne sans utilisation directe de charbon ou autres combustibles fossiles (l’électricité pouvant être fournie par une source d’énergie solaire, éolienne ou nucléaire).

Les fours à arc électrique les plus performants énergétiquement consomment désormais moins de 300 kilowatt-heures (kWh) d’électricité par tonne d’acier produite.⁹¹⁷ Hypothétiquement parlant, si l’intégralité de l’acier produit en 2021 (1 950 Mt) l’avait été dans ce type de fours, la consommation totale de l’industrie sidérurgique se serait limitée à 585 térawatt-heures (TWh). Pour donner un ordre de grandeur, cela correspond à un tiers seulement de l’électricité produite par des éoliennes à l’échelle mondiale cette même année (1,848 TWh). Malheureusement, plus de 70 % de la production mondiale d’acier est aujourd’hui issue de hauts-fourneaux alimentés au charbon.⁹¹⁷ Un haut-fourneau est 20 fois plus énergivore, et ne peut pas fonctionner à l’électricité puisque le charbon y sert à la fois de combustible et d’agent réducteur dans la réaction chimique. La combustion du charbon dégage en effet du monoxyde de carbone, qui participe à la réduction du minerai en fer.⁷

Un manque de ferraille disponible

La solution paraît évidente : pourquoi ne pas produire tout cet acier dans des fours à arc électrique ? Cela s’avère impossible. Il n’y a tout simplement pas assez de ferraille disponible : la croissance continue de la production d’acier rend impossible une utilisation « circulaire » de la ressource.¹⁸ Il faut en effet attendre plusieurs décennies avant que l’essentiel du volume d’acier produit au cours d’une année donnée n’arrive en fin de vie et ne devienne disponible pour le recyclage. A titre d’exemple, les navires à coque métallique représentent à ce jour un « stock » virtuel de 543 Mt d’acier.¹⁹ La quantité de ferraille disponible pour le recyclage en 2021 correspond au niveau de production de 1965, c’est-à-dire à une époque où la production mondiale n’atteignait pas le quart de celle d’aujourd’hui (450 Mt).⁹¹⁰²⁰²¹ Par conséquent, les trois quarts restants doivent inévitablement être produits dans des hauts-fourneaux utilisant du charbon et du minerai de fer fraîchement extrait.

Image : Voitures destinées à la casse dans le port de Cardiff. Gareth James via Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.0).

La Chine produit à l’heure actuelle environ la moitié de l’acier mondial, et ce quasi exclusivement (+90 %) à partir de hauts-fourneaux alimentés en charbon et minerai de fer. De nombreux pays producteurs d’acier disposent d’une proportion plus importante de fours à arc électrique. Mais pointer la Chine du doigt n’aurait pas beaucoup de sens. Tout d’abord, les États-Unis et l’Europe ont dès les années 2000 massivement délocalisé leurs industries en Chine, un phénomène qui coïncide parfaitement avec l’augmentation de la production sidérurgique dans le pays. Ensuite, la Chine n’utilisait quasiment pas d’acier il y a trente ou quarante ans. Il n’y a, de ce fait, presque pas de ferraille disponible dans le pays. La Chine n’a donc pas d’autre choix que d’utiliser des hauts-fourneaux.²²

Des aciers de qualités toujours plus élevées

Un deuxième obstacle réside dans la tendance actuelle à développer des aciers de qualités supérieures. On compte désormais 2 500 types d’aciers différents, dotés de diverses propriétés : résistance mécanique accrue, tenue à haute température, ou résistance à la corrosion.⁷⁹²¹²³ Si ces aciers peuvent être produits dans des fours à arc électrique, ils ne sont pas fabriqués à partir de ferraille recyclée, et sont bien plus énergivores.

L’acier disponible pour le recyclage forme un mélange hétérogène en termes de qualités d’acier. Ce mélange convient à la fabrication d’aciers ordinaires au carbone mais n’est pas approprié pour des aciers hautement alliés, qui nécessitent des ferrailles de qualité homogène. Or, cette ferraille n’est pas disponible. Par exemple, l’acier inoxydable, l’alliage le plus produit parmi toute la gamme des aciers spéciaux, a un taux de recyclage de 15 % seulement. La production d’acier inoxydable a atteint 60 Mt en 2021, contre seulement 4 Mt en 1980.²⁴ L’acier inoxydable était traditionnellement employé pour la coutellerie, l’outillage chirurgical, le matériel médical et de transformation agroalimentaire. Ses usages se sont désormais étendus à divers domaines d’application, tels que la construction de tunnels, le mobilier d’extérieur, le traitement des eaux usées, la désalinisation de l’eau de mer, le nucléaire civil et la production de biocarburants.⁷

Les faibles taux de recyclage et l’extraction des autres éléments d’alliage, tels que le chrome ou le nickel, rendent la production des aciers de qualités supérieures plus énergivore. A titre d’exemple, la fabrication d’acier inoxydable nécessite presque 80 GJ par tonne, soit quatre fois plus que la fabrication d’acier ordinaire au carbone.⁷²¹ Le développement incessant d’aciers de qualités supérieures est stimulé par la législation environnementale (imposant par exemple le recours à des aciers plus légers pour les carrosseries des voitures) mais également par la compétition d’autres matériaux, en premier lieu desquels l’aluminium et les composites plastiques.⁷⁹²¹²³ Paradoxalement, la compétition d’usage avec ces matériaux – encore plus énergivores – rend l’acier de moins en moins durable.

L’acier et les énergies renouvelables

Si la sidérurgie est, par la nature même de ses procédés, fortement dépendante des sources d’énergie qui l’alimentent, l’inverse est également vrai : le secteur énergétique repose lui aussi massivement sur l’acier. Presque 10 % de la production mondiale d’acier est destinée à la construction et à l’entretien des infrastructures énergétiques. Ce volume correspond à l’intégralité de l’acier produit en 1950. Une large part de cet acier se retrouve dans les multiples infrastructures pétrolières et gazières.²⁵ En effet, l’extraction, la production et le transport du pétrole et du gaz mobilisent de l’acier en énormes quantités, pour la fabrication de plateformes de forage en mer, oléoducs, gazoducs, raffineries, navires et réservoirs de stockage. L’extraction du charbon dépend quant à elle également de l’acier pour la fabrication de haveuses, chargeuses-pelleteuses, convoyeurs, excavatrices, et camions.⁷

Malheureusement, la transition vers des sources d’énergie peu carbonées et l’électrification des technologies de chauffage et de transport ne réduira pas notre dépendance à la sidérurgie – bien au contraire. Un réseau énergétique bas-carbone nécessite beaucoup plus d’acier (et autres matériaux) qu’une infrastructure basée sur les énergies fossiles. Le solaire et l’éolien sont des sources d’énergie dites « diffuses » par comparaison aux énergies fossiles. Concrètement, cela se traduit par le fait qu’elles requièrent beaucoup plus de matériaux (et d’espace) pour produire in fine la même quantité d’énergie. Dans le jargon technique, on dit que le solaire et l’éolien ont une faible « densité de puissance », ou une forte « intensité matérielle ».²⁶²⁷²⁸²⁹³⁰

Un réseau énergétique bas-carbone nécessite beaucoup plus d’acier qu’une infrastructure basée sur les énergies fossiles.

L’ « intensité matière » en acier des centrales thermiques au charbon ou au gaz est comprise entre 50 et 60 tonnes d’acier par mégawatt de puissance installée.³¹ Les centrales hydroélectriques ont une intensité matérielle moindre, avec 20-30 tonnes d’acier par MW.⁷³¹ Le nucléaire également, avec 20-40 tonnes d’acier par MW.³¹³² A l’autre bout du spectre, les panneaux photovoltaïque nécessitent entre 40 et 170 tonnes d’acier par MW de puissance installée.³¹³³ Bien que les panneaux en eux-mêmes ne comprennent que peu voire pas d’acier, il s’agit du matériau idéal pour les structures qui les supportent.

L’acier et l’énergie éolienne

L’énergie avec la plus haute intensité en acier est – de loin – l’éolienne contemporaine. L’intensité matérielle d’une éolienne dépend de sa taille. Une grande éolienne requiert ainsi une quantité d’acier bien plus importante par mégawatt de puissance installée que deux éoliennes plus petites.³⁴ Par exemple, une éolienne de 3,6 MW dotée d’une tour de 100 mètres de hauteur nécessite 335 tonnes d’acier (soit 83 tonnes/MW), tandis qu’une éolienne de 5 MW dotée d’une tour de 150 mètres nécessite 875 tonnes d’acier (soit 175 tonnes/MW).³⁵ Or, la tendance actuelle est à la construction d’éoliennes toujours plus hautes et, par conséquent, à une augmentation de leur intensité en acier.

Image: Tours d'éoliennes en acier dans le port de Rotterdam. Photo : Melle Smets

Avec la construction d’éoliennes en mer, cette intensité croît encore plus. Les parcs éoliens terrestres ont recours au béton armé pour leurs fondations, tandis que les éoliennes en mer utilisent d’énormes structures en acier – type « monopieu » ou « treillis métallique » – afin de s’ancrer aux fonds marins.³⁶ L’intensité matérielle de ces éoliennes en mer est estimée à environ 450 tonnes d’acier par MW pour une génératrice de 5 MW – huit fois plus que pour une centrale thermique.³⁴. En outre, la consommation d’acier va croissante à mesure que ces éoliennes augmentent en taille et s’implantent dans des eaux de plus en plus profondes.

L’éolienne en mer la plus courante à l’heure actuelle a une capacité de 7 MW, tandis que les plus grandes d’entre elles atteignent 14 MW.³⁴ En formulant une hypothèse conservatrice sur la base des chiffres cités plus haut (à savoir que l’intensité matière en tonnes d’acier/MW double chaque fois que la puissance est multipliée par deux), on peut estimer qu’une éolienne en mer de 14 MW nécessiterait 1 300 tonnes d’acier par MW, soit 18 200 tonnes au total. Une telle éolienne utilise par conséquent 24 fois plus d’acier qu’une centrale au charbon ou au gaz d’une capacité de production équivalente.

Une durée de vie plus courte

L’écart entre les énergies renouvelables et fossiles se creuse encore plus si l’intensité matérielle est calculée en tonne par unité d’énergie plutôt que par unité de puissance (MWh au lieu de MW). Contrairement aux centrales à charbon ou à gaz, l’énergie produite par les parcs éoliens et photovoltaïques dépend des conditions météorologiques. En conséquence, remplacer 1 MW de capacité de production d’électricité d’origine fossile implique (en moyenne) l’installation de 4 MW de solaire ou 2 MW d’éolien.³⁷ L’intensité en acier d’une éolienne en mer de 14 MW est ainsi presque 50 fois plus élevée que celle d’une centrale électrique à combustibles fossiles pour chaque kilowatt-heure d’électricité produit.³⁸

L’intensité en acier d’une éolienne en mer de 14 MW est presque 50 fois plus élevée que celle d’une centrale électrique à combustibles fossiles pour chaque kilowatt-heure d’électricité produit.

Les installations solaires et éoliennes ont de plus une durée de vie inférieure (20-30 ans) à celle des centrales thermiques (30-60 ans).²⁹ Si cela n’affecte pas l’intensité en acier par MW de puissance installée, cela augmente une fois de plus l’intensité par unité d’énergie produite sur une durée donnée. La consommation d’acier ne s’en trouve certes pas systématiquement doublée, dans la mesure où les fondations des éoliennes en mer et les structures pour panneaux solaires ont potentiellement une durée de vie supérieure aux sources d’énergie dont elles constituent le support, et pourraient de ce fait être réutilisées.³⁹

Les infrastructures de transport de l’énergie

Les données exposées ci-dessus incluent uniquement l’acier incorporé dans les installations de production d’énergie elles-mêmes. Dans le cas des centrales à énergies fossiles, elles n’incluent pas l’acier utilisé pour la fabrication des pipelines, plateformes pétrolières, excavatrices à charbon, etc. Il en va toutefois de même concernant les sources d’énergie « bas-carbone ». Dans la mesure où elles requièrent une quantité de ressources beaucoup plus importante que les centrales thermiques (de l’acier mais également de nombreux autres métaux et matériaux), elles sont dépendantes d’un vaste réseau mondialisé d’infrastructures minières et logistiques, lesquelles s’avèrent tout aussi consommatrices d’acier que les chaînes d’approvisionnement des combustibles fossiles.

De plus, étant des sources d’énergie plus diffuses avec de surcroît une production électrique intermittente et variable, souvent située loin des lieux de consommation de l’énergie, les installations d’énergies renouvelables contribuent largement à l’extension du réseau électrique. Or, ces infrastructures de transmission de l’électricité reposent elles aussi massivement sur l’acier pour leur déploiement – des postes de commutation aux pylônes en passant par les câbles.²⁶²⁷²⁸²⁹³⁰⁴⁰

Enfin, les sources d’énergie bas-carbone sont fortement consommatrices d’aciers spéciaux, dont on a vu qu’ils étaient plus énergivores à produire. Ainsi, l’acier à destination des éoliennes en mer doit être résistant à la corrosion, tandis que les structures support de panneaux solaires sont de plus en plus réalisées en acier inoxydable.⁴¹ L’acier doux (acier au silicium, dit « magnétique »), formé par un alliage de ferrosilicium à très faible teneur en carbone, est quant à lui un composant indispensable pour les transformateurs du réseau électrique.⁷ Les centrales nucléaires ont certes une intensité matérielle en acier relativement faible, mais sont intégralement construites avec des aciers spéciaux hautement énergivores. A titre d’exemple, au sein des réacteurs nucléaires, le gainage des barres de combustible contenant l’uranium fissile est assuré par un acier allié au zirconium, tandis que tous les éléments structurels contiennent de l’acier inoxydable austénitique.⁷⁴²

Un réseau bas-carbone ne peut être construit à partir d’acier recyclé

La forte intensité matérielle en acier des sources d’énergie dites « décarbonées » nous confronte à un véritable dilemme, a priori insoluble.⁴³ Pour remplacer les centrales thermiques actuelles par des installations d’énergies renouvelables, nous avons besoin de quantités encore plus importantes d’acier. Du fait du manque de ferraille disponible, cet acier supplémentaire ne peut être produit qu’à partir de minerai de fer dans des hauts-fourneaux, c’est-à-dire en brûlant toujours plus de combustibles fossiles. Dans un contexte de lutte contre le changement climatique, il est nécessaire de déployer rapidement et massivement des sources d’énergie peu carbonées. Or, pour s’inscrire dans un usage circulaire des ressources et créer ces nouvelles installations en utilisant plutôt de la ferraille et de l’électricité d’origine renouvelable, nous serions amenés à faire précisément l’inverse – à savoir ralentir la mise en place d’un réseau électrique bas-carbone.

Image : Fondations en acier pour éoliennes en mer. Image de Glen Wallace, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

Une étude de référence, publiée en 2013, est arrivée à la conclusion suivante : pour que le solaire et l’éolien soient en mesure de fournir 25 000 TWh d’électricité – soit l’équivalent de la demande électrique mondiale en 2021 – 3 200 Mt d’acier seraient nécessaires à la construction des seuls parcs d’énergies renouvelables.³¹ ⁴⁴ Les projections estiment que la demande mondiale d’électricité atteindra 52 000 à 71 000 terawatt-heures en 2050, ce qui induira une augmentation du besoin en acier de 6 400 à 8 960 Mt au total.⁴⁵ Réparties sur la durée de vie estimée des éoliennes et panneaux solaires (25 ans), cela signifie qu’il nous faudrait produire entre 256 et 358 Mt d’acier supplémentaires chaque année, afin d’assurer la fabrication des éoliennes et des structures pour panneaux solaires – une quantité équivalente à celle utilisée annuellement par l’industrie automobile (196 Mt) et les autres modes de transport (98 Mt) réunis.

Ces estimations demeurent cependant très optimistes. La demande en électricité ne représente qu’environ 20 % de la demande totale en énergie. Pour que cette dernière (177 000 TWh en 2021) soit intégralement fournie par le solaire et l’éolien, 22 400 Mt d’acier seraient nécessaires. Cela représenterait 896 Mt d’acier supplémentaires à produire chaque année – autant que la production mondiale au début des années 2000. On pourrait certes avancer que l’électricité peut être utilisée avec une meilleure efficacité que les énergies fossiles, par exemple pour les voitures et les systèmes de chauffage. Cependant, la demande énergétique globale augmentera dans le même temps : par « effet rebond », les gains d’efficacité seront donc inévitablement absorbés par une consommation accrue d’énergie.

Les solutions high-tech

A l’heure actuelle, l’industrie sidérurgique mise sur des innovations technologiques pour décarboner la production d’acier. Une des options consisterait à remplacer le charbon par du gaz, méthode déjà relativement répandue au Moyen-Orient et en Amérique du Nord. Si la fabrication d’acier à partir de gaz naturel permet certes de réduire les émissions de CO2, celles-ci demeurent largement plus élevées que dans le cas d’un four à arc électrique. C’est pourquoi l’hydrogène, qui remplacerait le coke (obtenu par raffinage du charbon) comme agent réducteur dans un four à cuve de réduction directe, concentre tous les espoirs.⁴⁶ Toutefois, une industrie sidérurgique basée sur l’hydrogène ne permettrait pas d’échapper au paradoxe évoqué plus haut, puisqu’elle impliquerait à son tour une infrastructure requérant, par sa nature même, d’énormes quantités d’acier.

En effet, la production d’hydrogène est très énergivore. Il faut 50-55 kilowatt-heures pour produire 1 kg d’hydrogène, et 60 kg d’hydrogène pour fabriquer une tonne d’acier.⁴⁶ La production d’1 tonne d’acier à partir d’hydrogène consomme par conséquent 3 000 kWh d’électricité, soit dix fois plus que la consommation d’un four à arc électrique produisant la même quantité d’acier à partir de ferraille. De fait, une sidérurgie basée sur l’hydrogène mobiliserait à peu près dix fois plus d’éoliennes et de panneaux solaires que celle utilisant de la ferraille recyclée – donc dix fois plus d’acier. A cela, il faut en outre ajouter l’acier nécessaire à la construction des pipelines et réservoirs de stockage qui font partie intégrante de l’infrastructure associée à la technologie de l’hydrogène.

Image: Ouvrier sidérurgiste (fondeur) dans un haut-fourneau. Bundesarchiv, B 145 Bild-F079044-0020'/ CC-BY-SA 3.0.

Les technologies de capture et stockage du carbone, supposées capter les émissions des aciéries et les stocker sous terre, sont évidemment confrontées aux mêmes problèmes. Cette solution impliquerait le déploiement d’infrastructures en acier d’une part, et d’autre part des besoins supplémentaires en énergie, augmentant ainsi de manière indirecte l’utilisation des énergies fossiles. Revenir aux procédés sidérurgiques préindustriels n’est pas non plus une solution. Un haut-fourneau actuel fonctionne, dans ses grands principes, comme un haut-fourneau ancestral, à la différence près qu’il est beaucoup plus efficace énergétiquement.⁷

Les solutions low-tech

Le tableau brossé ci-dessus ne laisse a priori que peu d’espoir quant à la perspective d’une décarbonation de la production d’acier et d’énergie. Il y a malgré tout une piste de solution low-tech pour y parvenir. Elle consisterait tout simplement à ajuster la production d’acier au volume de ferraille disponible, à la fois en quantité et en qualité. Ceci permettrait de produire l’intégralité de l’acier à partir de ferraille dans des fours à arc électrique, réduisant ainsi drastiquement la consommation énergétique du secteur sidérurgique et éliminant la quasi-totalité des émissions carbone associées. Bien sûr, l’idée n’est pas de remplacer l’acier par des plastiques, des composites ou de l’aluminium, dont la fabrication est encore plus énergivore. La seule option réellement soutenable serait de réduire l’utilisation globale de matériaux.

On pourrait ajuster la production d’acier au volume de ferraille disponible, à la fois en quantité et en qualité.

Diminuer la production d’acier et utiliser des qualités d’acier plus ordinaires ne signifierait pas pour autant un retour à l’âge du bronze. Comme mentionné plus haut, le volume disponible de matériaux ferreux en fin de vie représentait environ 450 Mt en 2021, ce qui nous permettrait de produire environ un quart de la production actuelle. Par ailleurs, l’offre en ferraille va continuer à croître dans les 40 prochaines années, ce qui permettrait de produire chaque année de plus en plus d’acier à faibles émissions de CO2. A l’horizon 2050, on estime que la disponibilité annuelle en ferraille pourrait atteindre 900 Mt, soit presque la moitié de la production mondiale d’acier actuelle.⁴⁷ Tout cet acier supplémentaire pourrait alors être utilisé en priorité pour déployer un réseau électrique bas-carbone sans que n’augmentent en contrepartie les émissions de carbone.

S’agissant de réduire l’intensité matérielle en acier du monde moderne, nous disposons d’une grande marge de manœuvre. Tous nos besoins essentiels – et beaucoup d’autres – pourraient être satisfaits en mobilisant des quantités d’acier bien moindres. Il serait par exemple possible de concevoir des voitures plus légères en réduisant leur taille. Ceci amènerait des économies d’énergie sans recours à des aciers alliés de haute qualité dont on a vu qu’ils étaient énergivores. Une partie des voitures individuelles pourraient être remplacées par la combinaison des transports en commun et du vélo, de manière à ce qu’une plus faible quantité d’acier soit partagée par un plus grand nombre de personnes.

De tels changements auraient par ailleurs pour effet de réduire la demande d’acier de la part du secteur routier, des infrastructures énergétiques et de l’industrie manufacturière. Nous aurions besoin de moins de machines-outils, conteneurs maritimes et bâtiments en béton armé. Dès lors que l’on entreprend de réduire l’intensité en acier dans un domaine, les bénéfices se répercutent sur l’ensemble du système. Prévenir la corrosion des éléments en acier et produire de l’acier plus localement, avec les ressources disponibles, permettrait également de réduire la consommation énergétique et les émissions du secteur sidérurgique.¹⁰⁴⁸

La croissance continue de la production d’acier – autrement dit, l’intensité matérielle toujours plus forte de la civilisation industrielle – rend impossible toute tentative de produire de l’acier de manière plus durable. La solution ne pourra venir d’aucune technologie, puisqu’il ne s’agit fondamentalement pas d’un problème d’ordre technique. Au même titre que la foresterie ne peut être soutenable que si la demande en bois ne dépasse pas la quantité de bois que les forêts sont capables de générer, la sidérurgie ne peut être soutenable (ou non) que dans la mesure où l’offre (ferraille) s’équilibre avec la demande (acier). Nous ne quitterons peut-être pas l’âge du fer, mais nous avons en revanche une ébauche de piste pour sortir du cercle vicieux qui lie inextricablement la production d’acier aux énergies fossiles.⁴⁹

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On estime qu’une fois mis en œuvre, entre 25 % et 33 % de l’acier produit chaque année est détruit par la corrosion. Voir : Iannuzzi, M., et G. S. Frankel. “The carbon footprint of steel corrosion.” npj Materials Degradation 6.1 (2022): 101. https://www.nature.com/articles/s41529-022-00318-1.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
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Voir, par exemple : Hatayama, Hiroki, et al. “Outlook of the world steel cycle based on the stock and flow dynamics.” Environmental science & technology 44.16 (2010): 6457-6463. Cet article avait estimé que la consommation d’acier atteindrait 1 800 Mt aux alentours de 2025. ↩︎
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Précisons qu’environ 5 % de l’acier mondial est produit via un troisième procédé : la réduction directe de minerai de fer à partir de gaz. Ces fours utilisent du gaz naturel en lieu et place du charbon et génèrent par conséquent moins d’émissions de carbone. Celles-ci demeurent toutefois largement plus élevées que dans le cas d’un four à arc électrique. La fabrication d’acier à l’aide de gaz naturel est principalement répandue au Moyen-Orient et en Amérique du Nord. ↩︎
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Ce constat vaut également pour de nombreux autres matériaux et ressources. Voir : “L’Économie circulaire est-elle vraiment circulaire ?”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, Novembre 2018. https://qelnixcor.cloud/fr/2018/11/how-circular-is-the-circular-economy/ ↩︎
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En Occident, l’usage de l’acier s’est généralisé sur une période historique de 150 ans environ, de manière concomitante et en lien étroit avec les évolutions techniques de l’époque. A contrario, en Chine, cette mutation technologique s’est accomplie en seulement quelques dizaines d’années : navires, voies ferrées, électrification, bâtiments et structures en acier, voitures et avions, internet, énergies renouvelables. On trouve encore des régions du monde où les sociétés humaines ont conservé une très faible intensité matérielle en acier, telles que l’Inde et l’Afrique. La production (et la consommation) d’acier conservent donc un potentiel de croissance considérable. Source: Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
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Assessing the significance of steel to the global wind industry, S&P Global, Commodity Insights. December 2021. https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/ci/research-analysis/assessing-the-significance-of-steel-to-the-global-wind-industry.html ↩︎
Bolson, Natanael, Pedro Prieto, et Tadeusz Patzek. “Capacity factors for electrical power generation from renewable and nonrenewable sources.” Proceedings of the National Academy of Sciences 119.52 (2022): e2205429119. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2205429119 ↩︎
Ce chiffre s’avère cohérent avec les analyses de Vidal, Olivier, Bruno Goffé, et Nicholas Arndt. “Metals for a low-carbon society.” Nature Geoscience 6.11 (2013): 894-896. Les données sont disponibles dans en annexe : https://www.nature.com/articles/ngeo1993#Sec5 ↩︎
Dans le cas des éoliennes en mer, la durée de vie des fondations est estimée à 100 ans, elles pourront donc en principe servir au remplacement des éoliennes par de futurs modèles de même taille et masse. En revanche, l’hypothèse que ces fondations en acier finiront par être recyclée n’a rien d’une évidence. Premièrement, le recyclage du métal ne contribue au recouvrement des coûts de démantèlement qu’à hauteur de 10 %, ce qui signifie qu’il n’est pas une option économiquement - ni peut-être même énergétiquement - intéressante. Deuxièmement, il arrive dans certains cas qu’une biodiversité marine se soit développée autour des fondations. Les quatre parcs éoliens en mer démantelés en 2019 ont eu une durée de vie respective de 15, 18, 20 et 26 ans. Source : Topham, Eva, et al. “Recycling offshore wind farms at decommissioning stage.” Energy policy 129 (2019): 698-709. ↩︎
Voir: https://www.fedsteel.com/insights/steels-role-in-the-us-power-infrastructure/ ↩︎
Voir: https://industry.arcelormittal.com/products-solutions/Products_in_the_spotlight/magnelis ↩︎
Maziasz, Philip J., et Jeremy T. Busby. Properties of austenitic stainless steels for nuclear reactor applications. Oak Ridge National Lab.(ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 2012. ↩︎
En anglais, l’expression « catch-22 » désigne une situation de paradoxe logique où la résolution d’un problème semble impossible du fait de prémisses contradictoires [N.d.T.]. ↩︎
Une partie de cette capacité de production d’énergies renouvelables est déjà construite. Les chercheurs de cette étude se basent sur la production solaire et éolienne de l’année 2013, soit 400 TWh, or ces deux énergies ont produit un cumul de 2 894 TWh en 2021. ↩︎
Electricity consumption worldwide from 2000 to 2022, with a forecast for 2030 and 2050, by scenario. Statista. https://www.statista.com/statistics/1426308/electricity-consumption-worldwide-forecast-by-scenario/#:~:text=According%20to%20a%20recent%20forecast,on%20the%20energy%20transition%20scenario ↩︎
Bhaskar, Abhinav, et al. “Decarbonizing primary steel production: Techno-economic assessment of a hydrogen based green steel production plant in Norway.” Journal of Cleaner Production 350 (2022): 131339. ↩︎ ↩︎
Scrap use in the steel industry, World Steel Association. May 2021. https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-on-scrap_2021.pdf ↩︎
“Pedal to the metal”, Caitlin Swalec, Global Energy Monitor, June 2022. https://globalenergymonitor.org/wp-content/uploads/2022/06/GEM_SteelPlants2022.pdf ↩︎
Un autre argument en faveur d’une réduction de l’intensité matérielle en acier de notre société est que cela limiterait le risque de conflits géopolitiques. Plus nous produisons de l’acier pour des applications civiles « pacifiques », plus la quantité d’acier disponible pour mener guerres et destructions augmente. On s’étonnera d’ailleurs que la fabrication d’armes et d’équipements militaires ne figure pas dans les statistiques récentes sur la production d’acier, ou qu’elle n’en représente, le cas échéant, qu’une part très faible. Quoi qu’il en soit, en temps de guerres, les aciéries sont systématiquement réquisitionnées pour la production d’acier à des fins militaires. L’industrie sidérurgique peut donc à tout moment être convertie en industrie d’armement. Or, la capacité mondiale de production d’acier est à ce jour plus grande qu’elle ne l’a jamais été dans l’histoire. ↩︎

Compresseur d’Air à Énergie Humaine avec Stockage d’Energie

Wed, 06 Dec 2023 00:00:00 +0000

Image : Compresseur d’air à énergie humaine avec système de stockage d’énergie. Photo d’Andy Lagzdins.

Il suffit de jeter un rapide coup d’œil dans mon atelier de réparation de motos pour se rendre compte que les outils pneumatiques y sont absolument partout. Du petit outillage portatif comme les clés à choc, ponceuses, cisailles, scies et meuleuses, aux équipements plus conséquents – notamment une cabine de sablage et une machine à pneus ; l’air a un rôle vital et permet de réaliser un large éventail de tâches au sein de l’atelier.

J’utilise depuis les années 1990 un compresseur d’air 220v, dont le moteur électrique 7 ch entraîne une pompe à air bi-étagée à 800 tr/min, qui remplit le réservoir de 300 litres (80 gallons) à une pression de 150 psi en cinq minutes environ. C’est une machine extrêmement fiable, à tel point que je n’y pense que rarement de manière consciente. Ce n’est qu’en cas de panne de courant que je réalise combien je suis dépendant, dans le cadre de mon activité, d’un approvisionnement permanent en air comprimé.

Face au constat de l’instabilité croissante de notre monde actuel, au sein duquel l’abondance, le faible coût et la fiabilité de l’énergie ne peuvent désormais plus être tenus pour acquis, j’ai décidé de me fabriquer un système qui me permettrait de remplir mes réservoirs d’air comprimé sans avoir à utiliser d’électricité ni de carburant. Ma conception du dispositif serait exempte de toute électronique et, moyennant un entretien minimal, les composants devraient (idéalement) durer toute une vie. Je souhaitais par ailleurs utiliser un maximum de pièces d’occasion, dans la double optique de promouvoir le recyclage et le réemploi tout en réduisant le coût de la fabrication.

Les Composants

La première étape consistait à trouver un réservoir d’air. J’ai déniché un compresseur d’air Ingersoll Rand d’une capacité de 300 litres, fabriqué en 1952, auquel j’ai retiré la pompe à air et le moteur électrique. La pompe d’origine a été remplacée par un nouveau modèle Speedaire, préconisé pour 115 psi, et nécessitant un moteur de seulement 0.5 ch pour fonctionner. La pompe est fixée sur le dessus du réservoir avec une plaque d’acier, boulonnée à la platine du moteur d’origine. À l’emplacement du moteur électrique, j’ai installé un arbre de transmission en acier massif, monté sur paliers à semelle avec roulements auto-aligneurs. Cet arbre de transmission accueille trois poulies de 20 kg utilisées comme volant d’inertie (on parle aussi de « volant moteur »), c’est à dire destinées fluidifier le fonctionnement. Ces disques de fonte ont un alésage de 3.5 cm de largeur et mesurent 40 cm de diamètre. La pompe à air est reliée à l’arbre moteur par une courroie de distribution simple trapézoïdale de section 4L.

Image : Compresseur et poulies de compresseur utilisées comme volants d’inertie. Photo d’Andy Lagzdins.

Image : Arbre de transmission en acier massif, avec trois poulies utilisées comme volant d’inertie. Photo d’Andy Lagzdins.

L’étape suivante consistait à trouver une source d’énergie humaine pour faire tourner ces volants d’inertie. J’ai trouvé un vélo d’appartement Schwinn des années 1970, de très bonne facture, presque entièrement construit en acier. Après l’avoir dépouillé pour ne conserver que le strict nécessaire, j’ai remplacé la roue à rayons d’origine par un moyeu à 8 vitesses intégrées de marque Sturmey Archer. Ce moyeu offre une plage de braquets (rapports de démultiplication de la transmission) comprise entre 1 et 3,25. Les changements de vitesse sont effectués via une manette située sur le guidon.

Afin de supporter les sollicitations mécaniques d’un pédalage à pleine puissance, l’ensemble du pédalier d’origine a quant à lui également été remplacé par des bras de manivelle tubulaires Cr-Mo (acier faiblement allié au chrome-molybdène), un boîtier à roulements scellés, ainsi que des pédales à plateforme issues d’un BMX de course. Enfin, le guidon et la potence ont été remplacés par des composants en Cr-Mo afin de minimiser leur flexion lors d’une utilisation intensive. Les chaînes 1/8” (largeur équivalente à 3.175 mm) sont de la plus haute résistance pour plus de fiabilité.

A ce stade de l’assemblage, le vélo et le réservoir d’air comprimé se trouvaient alignés l’un par rapport à l’autre, et installés sur des cadres en bois traité de section 14 x 14 cm à leur emplacement définitif. À l’avant du vélo, le pignon de sortie a ensuite été relié à un pignon similaire fixé à l’extrémité de l’arbre moteur ; le système de transmission était désormais terminé.

Image : Un vélo d’entraînement Schwinn des années 1970. Le pédalier d’origine a été remplacé par des bras de manivelle tubulaires Cr-Mo, un boîtier à roulements scellés, ainsi que des pédales à plateforme issues d’un vélo de course BMX. Photo d’Andy Lagzdins.

Image : Moyeu à 8 vitesses intégrées de marque Sturmey Archer. Photo d’Andy Lagzdins.

Pour gérer le flux d’air, j’ai intégré un système à deux étages. Les deux réservoirs d’air, d’une capacité respective de 10 et 80 litres, sont dotés de valves séparées, ce qui me permet de les remplir séparément, simultanément, ou de transférer de l’air d’un réservoir à l’autre. Sur chacun d’eux, un manomètre indique la pression interne. Après remplissage initial du grand réservoir, j’augmente sa pression à 50 psi en l’alimentant directement depuis la pompe à air. Je commence alors à remplir le petit réservoir jusqu’à atteindre 100 psi, pour ensuite le vider vers le grand.

Une Transmission à 8 Vitesses

Le système de transmission à 8 vitesses est d’une précieuse aide au cours du processus de remplissage. Quand la pression du réservoir est faible, le vélo peut être utilisé avec de grands braquets. À l’inverse, les plus petits braquets permettent de surmonter la résistance opposée par la pompe à air quand la pression atteint la plage de 70 - 100 psi.

Le remplissage des deux réservoirs à une pression de 100 psi nécessite 5 à 10 sessions de pédalage par jour sur environ une semaine. Dans les périodes de forte activité à l’atelier, enfourcher le vélo de temps en temps permet de me vider un peu l’esprit pour me remettre les idées en place ; par temps froid, c’est un bon moyen de se réchauffer tout en stimulant la circulation sanguine. Je peux aussi me mettre en petit rapport de vitesse et pédaler plus doucement tout en étant sur mon portable ou en écoutant de la musique. Le fait d’avoir à pédaler aussi fréquemment pour obtenir de l’air comprimé m’incite à éviter de gaspiller de l’air quand j’utilise mes outils. Cela oblige par ailleurs à vérifier régulièrement l’absence de fuite en s’assurant que tous les raccords sont bien étanches.

Image : Outils à air comprimé. Photo d’Andy Lagzdins.

Dans cette installation, les composants les plus exposés à l’usure dans le temps sont les joints de la pompe à air, la courroie de transmission et les chaînes, les pignons ainsi que le flexible en caoutchouc. Je garde en stock pour chacun d’entre eux des pièces de rechange, afin de m’assurer que le système puisse rester opérationnel pour les années à avenir. Toutes les opérations d’entretien et de maintenance peuvent être réalisées au moyen d’outils manuels simples, et la totalité des pièces sont réparables et remplaçables.

L’autre avantage d’utiliser l’air comprimé comme vecteur d’énergie est le faible coût des outils pneumatiques. La tendance actuelle est à la généralisation du matériel électroportatif sur batterie, ce qui incite beaucoup de gens à vendre leurs « vieux » outils pneumatiques, soi-disant désuets. On trouve ainsi à la vente beaucoup d’anciens compresseurs dont la pompe ou le moteur est défectueux, pour des prix par conséquent très abordables. Le marché d’occasion propose une bonne offre de vélos d’appartement ; probablement du fait de personnes qui ont entamé un programme d’entraînement physique pour finalement abandonner en cours de route. La prochaine modification prévue consistera à ajouter un second réservoir d’air de 300 litres afin d’augmenter la capacité de stockage.

En résumé, les principaux avantages du vélo générateur d’air comprimé (ou « compresseur d’air à pédale ») sont les suivants : aucune source d’énergie extérieure n’est nécessaire, il peut fonctionner dans des sites isolés à n’importe quel moment de la journée ou de l’année, il est construit à partir de composants recyclés qui sont facilement remplaçables, et ne coûte rien à l’utilisation. Les avantages secondaires sont nombreux : de plus en plus de bienfaits se font sentir à l’usage de cette machine. En premier lieu, on peut citer une meilleure forme physique grâce au pédalage, et un esprit plus libre après s’être changé les idées.

Image : Compresseur d’air à énergie humaine avec système de stockage d’énergie. Illustration d’Andy Lagzdins.

Caractéristiques techniques :

Réservoir d’air principal : 300 litres Horizontal, Ingersoll Rand
Réservoir de remplissage : 38 litres, 125psi, SnapOn
Pompe de compresseur d’air : 1 étage, 1 ch Max, 115psi, Speedaire 40KH94
Cycle stationnaire : vélo d’appartement Schwinn Exerciser
Transmission : moyeu à vitesses intégrées Sturmey Archer S80 XRK8 (8 vitesses)
Volants d’inertie : Fonte, diamètre 406 mm, alésage 35 mm
Roulements : paliers à semelle P207 avec roulements auto-aligneurs
Courroie : simple trapézoïdale, type 4L
Chaînes : KMC Z1eHX Wide 1/2”x1/8”
Valves : valves à boisseau sphériques 12.7 mm, laiton
Filtre à air : filtre K&N, coton et treillis métallique

Vidéo

Andy fait une démonstration de la machine et explique son fonctionnement dans cette vidéo.