Les villes sont des moteurs économiques. Elles ont les plus grandes concentrations d’entreprises, le plus d’opportunités d’emploi et les salaires les plus élevés. Cependant, le logement dans les grandes villes est de plus en plus inabordable. Le coût élevé de l’achat ou de la location d’une maison dans les centres urbains du Canada décourage les gens de déménager là où les perspectives d’emploi sont les meilleures. Sans personnes pour combler les postes et réaliser le travail, notre économie souffre.

Pour assurer la poursuite de l’expansion de notre économie, il est urgent de construire plus de logements et de les rendre plus abordables.

Mais quelle est la solution? Une réponse possible est l’acier. L’acier peut être utilisé pour construire des bâtiments résidentiels à plusieurs étages de façon rapide, économique et durable, comme le montre une récente étude de cas Steligence® d’ArcelorMittal Dofasco.

L’étude a évalué un immeuble résidentiel hypothétique de 22 étages dans la région du Grand Toronto et de Hamilton. Ici, comme dans d’autres centres au Canada, la demande de logements dépasse l’offre et le coût dépasse les budgets de nombreuses personnes.

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Les gens ne peuvent plus s'offrir un logement dans les villes canadiennes, ce qui a un impact négatif sur notre économie.

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Le prix moyen d’une maison dans de nombreuses zones urbaines – unifamiliale, jumelée ou condo – est supérieur à 1 million de dollars. Même si les prix baissent, avec la hausse des taux d’intérêt, l’achat d’une maison reste hors de portée pour de nombreuses personnes. Ce coût élevé de l’accession à la propriété a également un impact sur le logement locatif. Les gens ne peuvent plus s'offrir un logement dans les villes canadiennes, ce qui a un impact négatif sur notre économie.

Le bâtiment présenté dans l’étude de cas est une structure typique que l’on trouve dans de nombreuses villes. D’une superficie d’environ 41 000 m2, il comprend deux niveaux de stationnement souterrain et 288 unités résidentielles allant d’une à trois chambres. Des immeubles comme celui-ci peuvent aider à répondre à la crise du logement : un immeuble à haute densité qui limite l’étalement urbain, est conçu pour les zones centrales où les gens veulent vivre et peut accueillir près de 300 personnes ou familles.

L’étude a comparé deux scénarios de construction uniques : une conception à base d’acier par rapport à une conception en béton. Seuls les éléments structuraux ont été significativement modifiés. L’apparence, la taille, les étages et le nombre d’unités sont restés les mêmes.

En regardant les deux structures côte à côte, « nous pouvons démontrer les avantages et les inconvénients des deux conceptions et les comparer torchon avec torchon », explique Slobodan Kukic, directeur du développement des affaires pour Canam-Buildings-Hambro, qui a agi à titre d’ingénieur en structure pour le bâtiment en acier.

L’étude a évalué le temps de construction, le coût de construction des bâtiments de grande hauteur et l’impact environnemental. La conception à base d’acier s’est avérée prendre moins de temps, réduire les coûts et avoir un impact environnemental nettement inférieur.

Pour le planning de construction, le bâtiment en acier a été achevé cinq semaines (25 jours ouvrables) avant le bâtiment en béton. Ce résultat était principalement dû à un temps de montage du plancher plus rapide. Pour les niveaux trois à six, le bâtiment en acier nécessitait sept jours par étage. Le temps de construction s'accélérait au fur et à mesure que le bâtiment s’élevait. Au niveau 19, le temps de construction était tombé à trois jours par étage. En revanche, le béton coulé sur place nécessitait huit jours par étage pour les niveaux 3 à 13 et cinq jours par étage pour les niveaux 14 à 22.

« La structure en acier se compose de colonnes, de poutres et de solives de plancher [avec] un revêtement en béton sur ces solives, » explique M. Kukic. Nous pouvons ériger plusieurs étages, disons 10 à 15 étages, puis revenir et bétonner ces étages. Cela donne un avantage à l’entrepreneur général en termes de rapidité et de suivi des autres corps de métier. »

Scénarios de conception

	Acier	Béton
Fondations et stationnement souterrain	Colonnes et dalles en béton coulé sur place (CIP)
Étages (tous niveaux)	Système de plancher composite avec tablier métallique	Béton CIP
Colonnes	Profilés AM HiStar® 460	Béton CIP
Poutres	Poutrelles à ailes larges	Béton CIP
Murs intérieurs	Ossature légères en acier
Noyau, cisaillement, murs porteurs		Béton CIP
Extérieur	Mur isolé à ossature légère en acier, panneau de facade métallique, murs-fenêtres
Toit	Tablier métallique	Béton CIP

Analyse du cycle de vie Tally®

Travailler avec l’acier limite aussi le nombre de corps de métier sur le chantier jusqu’à ce que la superstructure soit complète, en minimisant la coordination nécessaire.

Le délai plus court signifie des coûts inférieurs pour la location d’équipement, les corps de métier, le financement et l’assurance. Cela signifie également que les personnes qui cherchent désespérément un logement peuvent emménager un mois plus tôt.

Dans l’ensemble, la conception à base de béton a coûté 73,7 millions de dollars à construire. La conception en acier coûtait 400 000 $ de moins.

Sur le plan environnemental, l’équipe d’étude a réalisé une analyse complète du cycle de vie à l’aide du module complémentaire Tally® pour Revit pour les deux scénarios de conception, du berceau à la tombe, pour l’ensemble du bâtiment.

Cette analyse a combiné la nomenclature et les déclarations environnementales nord-américaines des produits de l’inventaire du cycle de vie de GaBi. Il a évalué le réchauffement climatique (carbone incorporé), l’acidification, l’eutrophisation, la formation de smog et l’énergie non renouvelable pour la durée de vie estimée de 60 ans de chaque structure.

L’analyse du cycle de vie a montré que le bâtiment en acier avait un impact environnemental plus faible pour les cinq indicateurs. Dans chaque scénario de conception, le béton était le matériau le plus contributeur dans les cinq domaines d’impact environnemental.

L’amélioration la plus significative a été le potentiel de réchauffement climatique (RCP). La conception en acier était inférieure de 20 % à celle du béton. Pour souligner davantage l’impact, cela équivaut à retirer 422 véhicules de la circulation chaque année.

Malgré les nombreux avantages de l’acier, le béton est depuis longtemps le choix de prédilection pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Avec tant d’avantages, pourquoi l’acier n’est-il pas utilisé plus largement ?

M. Kukic considère cela comme un parti pris national. « Si vous regardez… des villes comme New York ou Boston, vous ne trouverez pas un bâtiment en béton… Pourquoi peuvent-ils construire tous ces gratte-ciel… en acier, mais nous ne pouvons pas faire 22 étages à Toronto? Ce sont vraiment les habitudes… dans ces marchés par rapport au Canada. »

Il ajoute que les progrès de l’acier en font désormais une alternative pour de nombreux aspects de la construction de bâtiments.

ArcelorMittal fabrique des variétés d’acier structurel et formées à froid pour une conception innovante d’éléments. Le bâtiment en acier dans l’étude de cas utilisait des colonnes de profilés structurels ArcelorMittal HISTAR® 460. Cette conception utilisant de l'acier innovant à faible alliage à haute résistance a contribué à une structure plus légère (36 % de moins que le bâtiment en béton) et à réduire le coût des matériaux par rapport aux qualités de résistance moindre.

Les autres aciers utilisés dans la tour comprenaient un système de solives en acier composite pour les planchers, des poutrelles en acier à treillis (OWSJ), des sections à larges ailes pour les poutres, une charpente légère en acier pour les murs intérieurs, des murs isolés à ossature d’acier avec des panneaux métalliques pour l’extérieur et un toit en tôle d’acier. Pour les noyaux, les murs de cisaillement et porteurs, Canam a spécifié un contreventement en chevron utilisant des profilés tubulaires de charpente et de l’acier de charpente.

« Toute la structure est conçue de manière à être soutenue par de l’acier structurel. Même le… système de retenue latéral du bâtiment est constitué de contreventements en acier plutôt que de noyaux en béton ou de cages d’ascenseur traditionnellement utilisés », explique M. Kukic.

Étant donné que les tours comme celle-ci reposent sur des contreventements en acier pour la résistance latérale, il est crucial que les ingénieurs en structure soient impliqués dans les premières étapes de la conception.

Les contreventements peuvent mesurer de 4,50 à 6,00 m de long. En travaillant directement avec l’architecte, l’ingénieur est en mesure de s’assurer que l’acier n’affecte pas la conception du bâtiment et reste économique.

« L'expertise-conseil est tellement habituée au béton. Ils savent où positionner les éléments en béton, explique M. Kukic. Avec l’acier…, l’architecture doit être conçue autour du système. Vous ne pouvez pas concevoir [un bâtiment] pour le béton et ensuite essayer de l’adapter à l’acier. C’est comme mettre la cheville carrée dans le trou rond. Une implication précoce est cruciale. »

« Nous avons prouvé que l’acier est plus performant que le béton. »

— Slobodan Kukic, Canam-Buildings-Hambro

M. Kukic espère que cette étude démontre la viabilité de l’acier dans la construction de grande hauteur et encourage les architectes, les promoteurs et les constructeurs à envisager d’autres options au-delà de la valeur par défaut.

« Nous avons prouvé que l’acier est plus performant que le béton, déclare-t-il. Lorsque tout le monde est à bord et comprend le processus et le système, les choses se passent bien et le résultat final est vraiment évident. »

Avec plus d’options de logement dans nos grandes villes, plus de gens emménageront, travailleront, magasineront et vivront. Cela stimulera à son tour notre économie, ce qui est bon pour nous tous, peu importe où nous vivons.