Lappeenranta

Circular economy

Urban infra revolution - Circular economy materials and novel method development to produce recyclable and functional urban construction products

"La ville de Lappeenranta s'engage à tester et adapter les technologies et des modèles commerciaux de l'économie circulaire. Un programme commun mis en œuvre avec des sociétés innovantes nous permet de lutter simultanément contre les problèmes environnementaux et économiques, au profit des habitants de Lappeenranta. Le projet de révolution de l'infrastructure urbaine constitue un superbe exemple, dans la mesure où il propose des perspectives mondiales réelles en faveur de la croissance durable"

Kimmo Jarva, Maire de la ville de Lappeenranta
Chiffres clef
73.000
habitants vivent à Lappeenranta, ce qui en fait une ville typique européenne de moyenne taille
80%
de réduction des émissions de CO2, entre 2007 et 2030
0%
de déchets: c'est l'objectif pour 2050.
EUR 3,386,638.4
Total ERDF budget granted
Défi rencontré

L'infrastructure urbaine actuelle se compose essentiellement de solutions à base de béton armé d'acier. Ces deux matériaux contiennent des matières brutes vierges, à haute intensité énergétique et sont intensifs en émissions de CO2. Dans la seule région de Lappeenranta, les émissions de CO2 causées par la production de ciment et de chaux avoisinent les 393 000 tonnes/ CO2e/ an. Les méthodes de production actuelles nécessitent des ressources abondantes en temps et main d'œuvre et ne permettent aucune forme innovante ou d'autres fonctions supplémentaires pour les produits. Les possibilités de recyclage du béton sont restreintes : le recyclage des composants du béton armé d'acier constitue un processus complexe et onéreux. Ces difficultés entraînent généralement une situation, où les déchets de construction sont entreposés dans une décharge et produisent des coûts superflus. Peu d'attention est également accordée aux possibilités de recyclage des matériaux modernes en géocomposite et géobéton. À l'exception des déchets de démolition, d'autres matériaux sont inutilement entreposés dans des décharges des cités industrielles: les résidus de l'exploitation minière, la lie de liqueur verte et les cendres de l'exploitation forestière et de la production énergétique. Ce projet œuvre en faveur de solutions durables, totalement recyclables pour ces dérivés locaux, qui sont d'une part très volumineux et d'autre part difficiles à réutiliser. En Carélie du sud, les dérivés et les résidus générés par l'exploitation minière représentent environ 884 000 tonnes/an. Les résidus produits par le partenaire Nordkalk s'élèvent à environ 170 000 tonnes/ an. La quantité totale de scories et de cendres produites dans la région atteint 21 507 tonnes/ an.

Les technologies disponibles en matière de fabrication additive ne permettent pas encore de répondre aux besoins de l'industrie du bâtiment, à l'échelle industrielle. Par ailleurs, les matériaux ont du mal à satisfaire les normes de qualité nécessaires aux conditions arctiques. Ce projet aspire à une construction urbaine d'excellente qualité, multi-fonctionnelle et à l'échelle industrielle dans des régions climatiques extrêmes. Nous tenons à rapprocher la production du site de construction, utiliser des matières premières locales et fermer le circuit de matière afin de réduire les émissions de CO2 des bâtiments urbains et améliorer les villes arctiques visant le niveau zéro de déchets. L'industrie traditionnelle du bâtiment est très réglementée et limitée d'un point de vue expérimental, mais demeure néanmoins un acteur essentiel lorsqu'il s'agit de passer d'une société consommant beaucoup d'énergie à une société circulaire, faible en carbone. Par conséquent, la ville de Lappeenranta tient à prendre des initiatives afin de développer et de fournir une nouvelle plateforme qui permettra d'expérimenter des innovations urbaines durables pour des villes pionnières, trépidantes, modernes, recourant à une technologie propre.

Solution proposée

La nouvelle génération du développement urbain est largement axée sur les technologies intelligentes, mais l'ingénierie de construction moderne joue un rôle plus important lors de la création de villes intelligentes. Une économie circulaire et une solution faible en carbone révolutionneront l'ingénierie de construction urbaine. Les dérivés produits par l'industrie sont utilisés dans la construction urbaine, en les combinant à des matériaux de grande valeur en vue de remplacer le béton. Les émissions de CO2 sont réduites, puisque nous évitons d'utiliser du ciment et lui préférons des sources de matières locales. Les dérivés sont analysés, caractérisés et modifiés par voie d'activation. Une méthode de traitement préalable et d'activation des résidus est développée séparément. Des formulations innovantes de matériau seront créées, elles contiendront des dérivés appropriés, servant de liant en géopolymère (en remplacement du ciment) et d'agrégats inorganiques dans les géocomposites. Un géocomposite innovant renforcé en fibre sera développé, afin de satisfaire les normes élevées de l'industrie du bâtiment. Ainsi, une méthode de recyclage des produits après broyage, peut être développée, ce qui permettra d'éviter les décharges inutiles de déchets de construction. Des articles sont préparés à l'échelle du laboratoire, afin de tester les combinaisons de matériaux, avant leur utilisation et mise à l'essai dans des projets pilotes à grande échelle, afin de garantir la qualité, la performance technique, la sécurité et l'aspect des matériaux dans les conditions climatiques arctiques. Des produits multi-fonctionnels et esthétiques, qui ne peuvent pas être préparés avec les méthodes de construction conservatrices, seront conçus afin de donner naissance à un environnement urbain innovant. La vision innovante du futur, Urban City 2050, est créée et visualisée dans un environnement virtuel, en collaboration avec des graphistes et d'autres intervenants. Des solutions innovantes en matière de construction seront conçues pour le milieu urbain. Le caractère multifonctionnel des produits est assuré par les formes innovantes. Les méthodes restreintes de conception des produits sont remplacées par des dispositifs assistés par IT et une méthode automatisée de fabrication additive se substituera aux méthodes nécessitant de vastes ressources en temps et main d'œuvre. Ces méthodes permettent une construction sur site, faible en carbone et sûre, évitant les moules jetables et le transport inutile. Les structures pilotes sélectionnées seront fabriquées au sein de l'infrastructure urbaine et leurs propriétés sont testées dans des conditions climatiques arctiques. Les projets pilotes industriels prévus pour des conditions plus complexes sont pilotés de la même manière. Pour appliquer et tirer un profit financier des résultats du projet au niveau local, un écosystème commercial viable et durable est conçu et ses impacts environnementaux et socioéconomiques sont évalués. L'application finale des résultats exige la création du modèle commercial de l'économie circulaire. L'acceptation sociale et technique des matériaux est cruciale ; elle nécessite des essais chimiques, physiques et sociologiques ainsi qu'une analyse du cycle de vie. La révolution et l'amélioration finale dans l'activité locale sont possibles, transférables et reproductibles à l'échelle mondiale, après préparation de la procédure d'acceptation et incorporation des spécifications du produit.

Partenariat
  • City of Lappeenranta
  • Apila Group
  • UPM Kymmene
  • Lappeenranta University of Technology
  • Fimatec
  • Outotec
  • Imatra Region Development Company Ltd.
  • Nordkalk
  • Design Reform
  • Metsä Group
  • Saimaan ammattikorkeakoulu
  • Total Design
  • Stora Enso Oyj
Résultats escomptés

À l'issue du projet, nous obtiendrons les résultats suivants :

• La démonstration du circuit fermé en matière de construction : des produits recyclables issus de matériaux recyclés, destinés à la construction urbaine

• Des dérivés inutilisés/ des produits recyclés servant de matières premières pour éviter le recours à des matières vierges

• De nouveaux matériaux améliorés d'un point de vue technique, dans des structures urbaines en circuit fermé, applicables à des climats extrêmes

• Des structures urbaines révolutionnaires, esthétiques, sûres et multi-fonctionnelles, résolvant les problèmes urbains réels, tels que le contrôle acoustique du voisinage et la protection de la sécurité

• La création de procédures et de critères d'acceptation du produit

• L'amélioration de l'économie circulaire, source de valeur, à l'intention des industries locales

• Des marchés internationaux existants pour la solution

• Une réduction des émissions de carbone, en remplaçant l'utilisation du ciment par des matériaux circulaires et en utilisant des matières premières recyclées, issues de sources locales, permettant de réduire la production logistique de CO2 et la consommation énergétique due au transport.

Ces résultats contribuent directement à l'objectif ambitieux visant des villes sans carbone ni déchets, grâce au volume réduit de déchets inutilisés produit par les industries locales et à la réduction des émissions de CO2. De nouveaux produits innovants et une nouvelle technologie à l'échelle industrielle améliorent le secteur de l'industrie locale et accélèrent les possibilités d'emploi dans l'économie circulaire. Les matériaux et la technologie ainsi développés améliorent la sécurité des sites de construction ainsi que la durabilité et la productivité du secteur du bâtiment. La symbiose industrielle créée confère une valeur bilatérale aux partenaires du projet et au secteur local du bâtiment, en créant des possibilités améliorées d'ouvrage en Carélie du Sud, qui à leur tour, ont un impact positif sur la vitalité des zones urbaines concernées. L'esthétique du paysage urbain améliore la qualité de vie en ville, alors que les structures urbaines multi-fonctionnelles et améliorées d'un point de vue technique améliorent le bien-être des citoyens grâce à une approche holistique, en permettant un meilleur contrôle acoustique, un usage plus souple des espaces urbains, de nouvelles possibilités d'activités de plein air et un allègement du trafic dans des conditions extrêmes.

Etapes principales

Mai 2018:  Début de la mise en oeuvre
Octobre 2018: Impression en laboratoire et test des machines (imprimante 3D) 
Fevrier 2019: Design et pilotage des modèles urbains
Septembre 2019: Impressions test
Janvier 2020: Impressions à échelle industrielle, exposition de réalité virtuelle, impression à échelle réelle 
Octobre 2020: Finalisation du projet

Chiffres clef
73.000
habitants vivent à Lappeenranta, ce qui en fait une ville typique européenne de moyenne taille
80%
de réduction des émissions de CO2, entre 2007 et 2030
0%
de déchets: c'est l'objectif pour 2050.
EUR 3,386,638.4
Total ERDF budget granted
Contact du project
Eeva Pihlajaniemi
Chef de projet
Kinga Korniejenko
Expert UIA

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