Faits:
A. En 2002, la société B._ a acheté à la société coopérative A._ la parcelle n° 5355 du registre foncier de Genève. Ce bien-fonds supporte un immeuble construit en 1958. Dès 2004, B._ a entrepris des travaux de rénovation, au cours desquels la présence d'amiante a été constatée. Une expertise complète du bâtiment a été ordonnée par le Service cantonal de toxicologie industrielle et de protection contre les pollutions intérieures. Les experts mandatés ont conclu à la présence d'amiante, notamment dans le calorifugeage de l'échappement du groupe électrogène de secours du 3e sous-sol, dans la tresse isolante autour de piliers porteurs du rez-de-chaussée ainsi que dans les éléments en fibrociment tels que les plaques de façade, les chemins de câbles du 2e sous-sol et les plaques sur luminaires au 8e étage, les plaques en fibrociment derrière les panneaux électriques dans l'escalier au 1er sous-sol, les portes coupe-feu dans les sous-sols et les tresses d'isolation sur un pilier de façade du 5e étage et sur le toit. La procédure d'assainissement du rez-de-chaussée s'est terminée en novembre 2004. L'assainissement des autres parties de l'immeuble devait suivre, en fonction de l'avancée du chantier de rénovation. Les architectes mandatés par B._ ont estimé le coût total du désamiantage à près d'un million de francs.
B. Le 5 décembre 2006, B._ a demandé au Département du territoire du canton de Genève (ci-après: le département) d'établir une clé de répartition des frais de décontamination entre le propriétaire actuel et l'ancien propriétaire. Elle se fondait sur un avis de droit rédigé le 23 novembre 2006 par le Prof. François Bellanger. Le département a répondu qu'une décision de répartition des frais ne pouvait pas être rendue car l'immeuble concerné n'était pas considéré comme un site pollué au sens de la loi fédérale du 7 octobre 1983 sur la protection de l'environnement (LPE; RS 814.01). Le 2 février 2007, B._ a renouvelé sa demande, en exigeant la notification d'une décision formelle. Par décision du 23 février 2007, le département a considéré que les art. 32c et 32d LPE n'étaient pas applicables en l'espèce. Il estimait qu'un bâtiment contenant de l'amiante dans ses matériaux de construction ne répondait pas à la définition d'un site pollué et que l'amiante présent ne pouvait être considéré comme un déchet tant qu'il n'était pas séparé de la structure de l'immeuble. B._ a recouru contre cette décision auprès de la Commission cantonale de recours en matière de constructions, qui a rejeté le recours par décision du 27 août 2007.
C. Contre cette décision, B._ a formé un recours devant le Tribunal administratif du canton de Genève (ci-après: le Tribunal administratif). Ce recours a été admis par arrêt du 3 mars 2009. Le Tribunal administratif a considéré que l'amiante contenu dans l'immeuble litigieux devait être qualifié de déchet au sens de la LPE. L'incorporation de ce produit cancérigène dans les matériaux de construction résultait de la méconnaissance de sa toxicité, de sorte que, "rétrospectivement et au vu de l'évolution des connaissances", il convenait de considérer cette substance comme un déchet au moment de son intégration dans la construction. Le bâtiment acheté par B._ devait donc être considéré comme un site pollué au sens des art. 2 al. 1 de l'ordonnance fédérale du 26 août 1998 sur l'assainissement des sites pollués (OSites; RS 814.680) et 32c LPE, si bien que le département devait se prononcer sur la répartition des frais d'assainissement en application de l'<ref-law>. Le dossier devait donc être renvoyé au département pour nouvelle décision au sens des considérants.
D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'Office fédéral de l'environnement (cause 1C_178/2009) et A._ (cause 1C_179/2009) demandent au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt et de confirmer la décision rendue le 27 août 2007 par la Commission cantonale de recours en matière de constructions. Ils soutiennent en substance que l'amiante ne peut pas être considéré comme un déchet au sens de la LPE et que l'immeuble concerné ne répond pas à la définition de site contaminé au sens de l'OSites. Le Tribunal administratif a renoncé à se déterminer. B._ a présenté des observations, concluant à la confirmation de l'arrêt attaqué. Le département du territoire du canton de Genève s'est également déterminé; il conclut à l'admission des recours.
E. Par ordonnance du 19 mai 2009, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif présentée par A._.

Considérant en droit:
1. Dans la mesure où les recours 1C_178/2009 et 1C_179/2009 concernent les mêmes parties et visent la même décision, il y a lieu de joindre les causes et de statuer en un seul arrêt.
2. Dirigés contre une décision rendue dans le domaine du droit de l'environnement, les recours sont recevables comme recours en matière de droit public conformément aux <ref-law>, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée.
2.1 L'Office fédéral de l'environnement a la qualité pour recourir (<ref-law> et 56 al. 1 LPE). Il en va de même de la société A._, qui a pris part à la procédure devant l'autorité précédente (<ref-law>); dans la mesure où l'arrêt attaqué pourrait l'amener à assumer une partie des frais d'assainissement, elle est particulièrement atteinte par cette décision et a un intérêt digne de protection à obtenir son annulation ou sa modification (art. 89 al. 1 let. b et c LTF).
2.2 L'arrêt attaqué renvoie la cause au département pour que cette autorité statue sur la répartition des frais d'assainissement en application de l'<ref-law>. Dès lors que cette décision ne met pas fin à la procédure (<ref-law>) et qu'elle ne statue pas sur un objet dont le sort est indépendant de celui qui reste en cause (<ref-law>), elle constitue une décision incidente au sens de l'<ref-law>. Contrairement à ce que soutient la société recourante, elle ne saurait être assimilée à une décision finale, dès lors que l'autorité inférieure conserve toute sa latitude de jugement pour statuer sur la répartition des frais d'assainissement. Conformément à l'<ref-law>, le recours n'est ouvert contre une décision incidente que si celle-ci peut causer un préjudice irréparable (let. a) ou si l'admission du recours peut conduire immédiatement à une décision finale qui permet d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse (let. b).
La recevabilité du recours immédiat au sens de l'<ref-law> suppose cumulativement que le Tribunal fédéral puisse mettre fin une fois pour toutes à la procédure en jugeant différemment la question tranchée dans la décision préjudicielle ou incidente et que la décision finale immédiate qui pourrait ainsi être rendue permette d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse (<ref-ruling> consid. 2.4.1 et les références citées). La première de ces conditions est réalisée en l'espèce, dès lors qu'une admission du recours conduirait à la confirmation de la décision de la Commission cantonale de recours en matière de constructions, selon laquelle l'<ref-law> ne s'applique pas. Il en va de même de la seconde condition, dans la mesure où la répartition des frais en application de l'<ref-law> pourrait impliquer la mise en oeuvre de mesures d'instruction coûteuses et un rallongement sensible de la durée de la procédure, ce d'autant plus que le coût d'assainissement et l'étendue exacte de la "pollution" ne semblent pas déterminés précisément. Il s'agit donc d'un cas d'application de l'<ref-law> (cf. <ref-ruling> consid. 1.2 p. 143 s.; <ref-ruling> consid. 1.2 p. 412).
2.3 Pour le surplus, interjetés en temps utile et dans les formes requises contre une décision prise en dernière instance cantonale, les recours sont recevables au regard des art. 42, 86 al. 1 let. d et 100 al. 1 LTF.
3. Le Tribunal administratif genevois a considéré que l'immeuble construit par la recourante et racheté par l'intimée devait être qualifié de site pollué au sens des <ref-law> et 2 al. 1 OSites. Ce bâtiment contenait en effet de l'amiante, une substance cancérigène et dangereuse pour l'environnement, qui devait être considérée comme un déchet au sens de l'<ref-law>. Tant la recourante que l'Office fédéral de l'environnement contestent cette appréciation.
3.1 Les art. 32c et 32d LPE règlent l'assainissement des sites pollués par des déchets et la prise en charge des frais d'assainissement. L'<ref-law>, définit les déchets comme "les choses meubles dont le détenteur se défait ou dont l'élimination est commandée par l'intérêt public". La question de savoir si l'amiante utilisé dans la construction d'un immeuble peut être considéré comme un déchet au sens de l'<ref-law> est délicate. Il n'est en effet pas certain qu'il puisse être qualifié de "chose meuble" au sens de cette disposition, notamment lorsqu'il est incorporé dans des matériaux de construction, comme par exemple des plaques en fibrociment. Selon la jurisprudence, il n'est cependant pas exclu que des substances incorporées à un matériau neutre puissent répondre à cette définition. Ont ainsi été considérés comme des déchets le plomb contaminant la butte d'un stand de tir (<ref-ruling>) ou du mazout infiltré dans le sous-sol (arrêt 1A.250/2005 du 14 décembre 2006 publié in RDAF 2007 I p. 307). Le caractère meuble du déchet en cause perd en effet de son importance lorsque l'on est en présence d'un site contaminé au sens de l'<ref-law> ("Altlast"; cf. MICHAEL BUDLIGER, Zur Kostenverteilung bei Altlastensanierung mit mehreren Verursachern, in DEP 1997, p. 299).
Il est par ailleurs douteux que l'amiante utilisé dans la construction d'un bâtiment réponde à la notion subjective du déchet ("dont le détenteur se défait"), dès lors que cette substance était utilisée pour ses propriétés particulières, le constructeur n'ayant clairement pas l'intention de s'en débarrasser (cf. <ref-ruling> consid. 4 p. 363 ss; ALEXANDRE FLÜCKIGER, La distinction juridique entre déchets et non-déchets, in DEP 1999, p. 115 ss). La notion objective du déchet ("dont l'élimination est commandée par l'intérêt public") est également problématique en l'espèce, dans la mesure où il n'est pas certain qu'elle s'apprécie au moment de la construction de l'immeuble. Reprenant les termes du message de 1993 relatif à la révision de la LPE, certains auteurs soutiennent en effet que la nécessité d'éliminer un déchet dans l'intérêt public s'apprécie "tout au moins dans l'optique actuelle" (Message du 7 juin 1993 relatif à une révision de la LPE, FF 1993 II 1337, ch. 42 p. 1384; PIERRE TSCHANNEN, in Kommentar zum Umweltschutzgesetz, 2e éd. 2002, n. 9 ad <ref-law>; MARK CUMMINS, Kostenverteilung bei Altlastensanierungen, 2000, p. 17; MARCO ZAUGG, Altlasten - die neuen Bestimmungen, in DEP 1996, p. 487), voire exclusivement selon le droit actuel (CHRISTOPH ZÄCH, Zur Revision des USG bezüglich der Altlastenproblematik, in DEP 1993, p. 323). Ces questions peuvent cependant demeurer indécises si l'on considère qu'un bâtiment contenant de l'amiante ne constitue pas un site pollué au sens de l'<ref-law>.
3.2 L'<ref-law> a la teneur suivante:
"On entend par sites pollués les emplacements d'une étendue limitée pollués par des déchets. Ces sites comprennent:
a. les sites de stockage définitifs: décharges désaffectées ou encore exploitées et tout autre lieu de stockage définitif de déchets; sont exclus les sites dans lesquels sont déposés exclusivement des matériaux d'excavation et des déblais non pollués;
b. les aires d'exploitations: sites pollués par des installations ou des exploitations désaffectées ou encore exploitées dans lesquelles ont été utilisées des substances dangereuses pour l'environnement;
c. les lieux d'accident: sites pollués à la suite d'événements extraordinaires, pannes d'exploitation y comprises."
3.2.1 Il convient d'examiner en premier lieu si l'immeuble litigieux peut être considéré comme un site de stockage définitif au sens de l'<ref-law>. Dans l'arrêt attaqué, le Tribunal administratif genevois a considéré que tel était le cas, sans toutefois motiver cette opinion de manière convaincante. La jurisprudence à laquelle il se réfère n'est pas pertinente à cet égard, dès lors qu'elle a trait à des situations trop différentes du cas d'espèce. Les arrêts cités concernent en effet la présence de plomb dans la butte d'un stand de tir (<ref-ruling>), un écoulement d'hydrocarbures provenant de la citerne à mazout d'une porcherie désaffectée (arrêt 1A.250/2005 précité) ou une infiltration de goudron émanant de l'exploitation d'une ancienne usine à gaz (arrêt 1A.67/1997 du 26 février 1998, publié in RDAF 1999 I p. 615 et DEP 1998 p. 152). On ne saurait voir dans ces arrêts des précédents qui permettraient de qualifier de site de stockage définitif l'immeuble faisant l'objet de la présente procédure.
Selon la doctrine, les sites de stockage au sens de l'<ref-law> sont des lieux où des déchets ont été entreposés en connaissance de cause (URS ZIEGLER, La nouvelle réglementation sur les sites contaminés, in DEP 1997, p. 667; MARCO ZAUGG, op. cit., p. 487). A l'instar de l'Office fédéral de l'environnement dans son recours, certains auteurs estiment que la matière polluante devait être considérée comme un déchet déjà au moment de son arrivée sur le site (cf. URSULA BRUNNER, Altlasten und die Auskunftspflicht nach Art. 46 USG, in DEP 1997, p. 8; KARIN SCHERRER, Handlungs- und Kostentragungspflichten bei der Altlastensanierung, 2005, p. 13). Ainsi, on ne saurait parler de site pollué par des déchets lorsque des substances ont été introduites sciemment pour remplir une fonction déterminée en raison de leurs propriétés, comme par exemple le cuivre utilisé dans les vignes ou l'atrazine aux abords des voies de chemin de fer (MARCO ZAUGG, op. cit., p. 487 s.; CHRISTOPH WENGER, Die neue Altlastenverordnung, in DEP 1997, p. 728). Il en irait de même de l'amiante utilisé lors de la construction d'un immeuble (ERICH RÜEGG, Von der Haftung des Grundstückverkäufers für "Bauherren-Altlasten", in DC 2006 p. 108).
D'un point de vue littéral, il est patent qu'un immeuble abritant des bureaux ou des commerces ne correspond pas à la notion de décharge telle qu'on la comprend dans le langage courant. De même, on peut difficilement admettre qu'il constitue un lieu de stockage définitif de déchets. Le fait que des substances dangereuses pour l'environnement soient présentes dans les matériaux de construction ou dans la structure de cet immeuble ne signifie pas qu'elles y ont été stockées. Au demeurant, selon la définition qu'en donnent les dictionnaires, le terme stocker signifie faire une réserve de quelque chose (Le Nouveau Petit Robert, édition 2009; Le Petit Larousse Illustré, édition 2009) et a pour synonymes emmagasiner, accumuler, conserver, entreposer, etc. (Dictionnaire Robert des synonymes, nuances et contraires, édition 2005), ce qui ne saurait s'appliquer à l'amiante introduit lors de la construction d'un immeuble. Cette substance a en effet été utilisée pour ses propriétés particulières et n'a pas été entreposée en vue d'une utilisation future.
Une interprétation historique et téléologique de l'<ref-law> ne permet pas non plus d'appliquer la notion de lieu de stockage définitif à un tel cas. En effet, ni la LPE ni l'OSites ne comprennent de dispositions qui permettraient de définir le lieu de stockage de déchets dans un sens différent de celui exposé ci-dessus. Quant aux travaux préparatoires, ils se réfèrent pour l'essentiel au concept de décharge, contrôlée ou non (cf. message précité, FF 1993 II 1337, ch. 42 p. 1392). En tous les cas, il n'a jamais été question d'étendre la notion de lieu de stockage aux constructions dans lesquelles une substance a été utilisée pour ses propriétés particulières avant que l'on ne réalise qu'elle présente un risque pour l'environnement.
3.2.2 Il y a encore lieu de déterminer si le bâtiment litigieux tombe sous le coup des let. b et c de l'<ref-law>. L'immeuble concerné ne peut pas être qualifié d'"aire d'exploitation" au sens de l'<ref-law>, dès lors qu'il ne s'agit pas d'une installation ou d'une exploitation dans laquelle une substance dangereuse pour l'environnement a été "utilisée". En effet, cet immeuble ayant abrité des bureaux, des commerces et un restaurant, il ne s'agit pas d'un site sur lequel on a produit ou travaillé avec de l'amiante. Selon la pratique et les recommandations de l'Office fédéral compétent - qui doivent être prises en considération même si elles n'ont pas force de loi et ne lient pas le juge (<ref-ruling> consid. 3.3 non publié; <ref-ruling> consid. 4b p. 618 et les références) - il est clair que les aires d'exploitation au sens de l'<ref-law> ne visent que les sites exploités par "une branche susceptible de polluer" et sur lesquels "on a effectivement produit et/ou travaillé avec des substances dangereuses pour l'environnement dans des quantités significatives" (OFEFP, Etablissement du cadastre des sites pollués, 2001, p. 15 ss). Enfin, la présence d'amiante dans les matériaux de construction ou dans la structure d'un immeuble n'en fait manifestement pas un lieu d'accident au sens de l'art. 2 al. 1 let. c OSites. Cette substance ayant été utilisée volontairement en raison de ses propriétés particulières, on ne peut pas parler d'une "pollution" qui serait survenue de manière accidentelle ou suite à un événement extraordinaire.
3.2.3 L'immeuble litigieux ne répondant pas aux définitions de site de stockage définitif, d'aire d'exploitation ou de lieu d'accident, il reste à examiner si d'autres lieux peuvent être qualifiés de sites pollués au sens de l'<ref-law>. Dans son recours, l'Office fédéral de l'environnement affirme que l'énumération de l'art. 2 al. 1 let. a à c OSites est exhaustive. Cet avis est partagé par la doctrine, qui limite l'examen de la question des sites pollués aux trois types de sites mentionnés à l'<ref-law> (KARIN SCHERRER, op.cit., p. 15; KONRAD BAUMANN, Le cadastre des sites pollués, in DEP 2001, p. 739 s.; MARK CUMMINS, op. cit., p. 18; JÜRG E. HARTMANN/MARTIN K. ECKERT, Sanierungspflicht und Kostenverteilung bei der Sanierung von Altlasten-Standorten nach (neuem) Art. 32d USG und Altlastenverordnung, in DEP 1998, p. 610; CHRISTOPH WENGER, op. cit., p. 728; URS ZIEGLER, op. cit., p. 667; MICHAEL BUDLIGER, op. cit., p. 298; URSULA BRUNNER, op.cit., p. 9; PIERRE TSCHANNEN, op. cit., n. 9 ad <ref-law>; cf. également OFCL/ OCFIM, Sites contaminés: recenser, évaluer, assainir, in L'expert fiduciaire 2002, p. 328; OFEFP, Etablissement du cadastre des sites pollués, 2001). D'un point de vue systématique, il convient encore de relever que l'art. 5 al. 3 let. c OSites ne prévoit une inscription au cadastre que pour "la période de stockage des déchets, la période d'exploitation ou la date de l'accident". Dans ces conditions, on peut difficilement envisager un quatrième type de site pollué, qui ne serait ni un site de stockage définitif, ni une aire d'exploitation ni un lieu d'accident. C'est donc bien exclusivement à l'aune des let. a à c de l'<ref-law> qu'il convient de définir la notion de site pollué.
3.2.4 Compte tenu de ce qui précède, on ne saurait fonder l'obligation d'assainir les immeubles contenant de l'amiante uniquement sur une interprétation extensive des <ref-law> et 2 OSites. La question de l'amiante n'ayant pas été clairement abordée lors des travaux préparatoires ayant conduit à l'adoption de l'<ref-law>, on ne peut aucunement en déduire une volonté du législateur d'introduire une obligation générale d'assainir les bâtiments contenant de l'amiante. De même, si la liste des sites pollués au sens de l'<ref-law> ne comprend pas les immeubles dans lesquels de l'amiante a été incorporé lors de travaux de construction, il est manifeste qu'il ne s'agit pas d'un oubli ou d'une omission involontaire. Il n'y a donc pas de lacune à combler et ce n'est pas le rôle de la jurisprudence que d'étendre l'obligation d'assainissement dans de telles proportions. Au demeurant, s'il existait une volonté du législateur d'instituer une obligation générale d'assainir les immeubles concernés par la problématique désormais bien connue de l'amiante, il ne fait aucun doute qu'il l'aurait fait de manière explicite, eu égard notamment aux implications économiques, administratives et politiques très importantes qui en découleraient. En définitive, c'est à tort que le Tribunal administratif du canton de Genève a considéré que l'immeuble litigieux était un site pollué fondant une obligation d'assainissement. Les <ref-law> ne sont donc pas applicables en l'espèce.
4. Il s'ensuit que les recours doivent être admis, de sorte que l'arrêt attaqué doit être annulé. Les décisions de la Commission cantonale de recours en matière de constructions du 27 août 2007 et du Département cantonal du territoire du 23 février 2007 sont confirmées. L'émolument judiciaire et l'indemnité de procédure fixés par le Tribunal administratif du canton de Genève sont mis à la charge de B._, qui succombe. Il en va de même des frais judiciaires pour la procédure devant le Tribunal fédéral (<ref-law>). A._, assistée d'un avocat, a droit à des dépens pour la présente procédure, à la charge de B._ SA (<ref-law>). En revanche, il n'est pas alloué de dépens à l'Office fédéral de l'environnement (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Les causes 1C_178/2009 et 1C_179/2009 sont jointes.
2. Les recours sont admis et l'arrêt attaqué est annulé. Les décisions de la Commission cantonale de recours en matière de constructions du 27 août 2007 et du Département cantonal du territoire du 23 février 2007, constatant que les art. 32c et 32d LPE ne sont pas applicables en l'espèce, sont confirmées.
3. Un émolument de 1'000 fr. est mis à la charge de B._ pour la procédure devant le Tribunal administratif du canton de Genève.
4. Une indemnité de procédure de 2'000 fr. est allouée à A._ pour la procédure devant le Tribunal administratif du canton de Genève, à la charge de B._.
5. Les frais judiciaires pour la procédure devant le Tribunal fédéral, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge de B._.
6. Une indemnité de 3'000 fr. est allouée à A._ à titre de dépens pour la procédure devant le Tribunal fédéral, à la charge de B._.
7. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des sociétés A._ et B._, au Département du territoire et au Tribunal administratif du canton de Genève ainsi qu'à l'Office fédéral de l'environnement, Division Droit.
Lausanne, le 4 novembre 2009
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Féraud Rittener