L’impression 3D de maisons, la transformation du secteur de la construction

En 2004, le professeur Behrokh Khoshnevis de l’université de Caroline du Sud a lancé l’impression 3D de murs en béton. Ce qui a véritablement marqué une innovation dans le secteur de la construction, c’est sa technologie, le Contour Crafting, qui permettrait de construire une maison de manière entièrement automatisée en seulement 20 heures. Le professeur a développé une imprimante 3D de type FDM montée sur un bras robotisé, capable d’extruder non pas du plastique, mais du béton, pour créer des couches à partir d’un modèle 3D. Behrokh Khoshnevis a rapidement démontré les avantages de la fabrication additive dans le bâtiment : réduction des coûts et des déchets, rapidité de production, diminution des accidents de travail, et possibilité de créer des formes complexes. Ses recherches ont marqué le début de l’impression 3D dans le domaine de la construction, ouvrant ainsi la voie à l’impression 3D de maisons.

Les leaders du secteur de la construction commencent à prendre pleinement conscience du potentiel immense des technologies 3D et de leur impact sur l’avenir du domaine. Selon une étude de marché récente menée par Precedence Research, le marché de l’impression 3D dans la construction devrait atteindre 1 418 160 millions de dollars d’ici 2034, avec une croissance annuelle de 65 %. Cette expansion n’est pas le fruit du hasard : de plus en plus d’entreprises adoptent cette technologie pour développer des projets. Certains de ces projets ont des airs futuristes, tandis que d’autres sont déjà réalisés, comme le plus grand bâtiment imprimé en 3D au monde, situé en Arabie saoudite, mesurant 9,9 mètres de haut. L’impression 3D dans la construction progresse à grande vitesse, en intégrant diverses technologies et matériaux offrant de nombreux avantages. Mais qu’est-ce que cette technologie implique réellement ? Quels en sont les avantages pour le secteur ? Quelles sont les perspectives d’avenir ? Pour en savoir plus, poursuivez la lecture de cet article.

Premiers développements de Contour Crafting.

Quels sont les processus d’impression 3D actuellement disponibles dans le secteur de la construction ?

Bras robotisé extrudant le matériau

La méthode Contour Crafting marque les débuts de l’impression 3D dans le secteur de la construction. Ce procédé consiste à déposer des matériaux de construction pour former un modèle 3D, permettant ainsi de créer des structures à grande échelle avec une finition de surface lisse. Des rails sont installés autour du plancher du bâtiment, servant de guide pour le bras robotisé. Ce bras se déplace en avant et en arrière pour appliquer le béton couche par couche. Des palettes fixes placées de chaque côté et au-dessus de la buse aplatissent les couches extrudées, assurant ainsi une résistance suffisante. Le béton traditionnel ne pourrait pas être utilisé dans ce processus, car il ne serait pas capable de supporter son propre poids. Un béton spécifique est donc utilisé, qui durcit plus rapidement et permet une configuration plus rapide.

Impression 3D avec un bras robotisé.

Les technologies utilisées et développées par les différents acteurs du secteur sont assez similaires, reposant toutes sur le même principe de base : l’extrusion de matériaux. Par exemple, la société Constructions-3D, en France, a conçu une machine polaire mobile capable d’imprimer directement sur le site de construction, au cœur du bâtiment en cours de réalisation. Cette machine, facilement transportable et adaptable, se compose d’une base mécanique et d’un bras robotisé équipé d’une buse extrudeuse développée par l’entreprise. Ce bras offre une surface d’impression de 150 m², avec une hauteur d’impression allant jusqu’à 7 mètres.

Certaines entreprises ont choisi de se spécialiser dans l’extrusion de matériaux autres que le béton, tout en conservant le même principe technologique. Un exemple est le procédé breveté BatiPrint 3D, développé grâce à la collaboration de l’Université de Nantes, Bouygues Construction et Lafarge Holcim. Ce robot industriel dépose directement sur site trois couches de matériaux : deux couches de mousse polymère expansive et une couche de béton. Benoit Furet, professeur à l’Université de Nantes, explique que « la mousse assure une isolation thermique et acoustique, tandis que le béton renforce la structure, la rendant ainsi antisismique ».

Développement de la technologie de fabrication additive BatiPrint

Jonction de couches de sable

En Europe, l’italien Enrico Dini a développé un procédé avec son imprimante 3D D-Shape. Ce système repose sur l’utilisation de la poudre, qui est solidifiée par un liant sous forme d’« encre ». Dans ce procédé, des couches de sable ou de granulats sont déposées selon l’épaisseur désirée, puis une tête d’impression équipée de 300 buses dépose des gouttelettes du liant, durcissant ainsi le sable. La machine, de forme cubique et mesurant 4 x 4 mètres, est capable de créer de grandes structures pouvant atteindre 6 mètres cubes.

Métal pour structures solides

La société néerlandaise MX3D a mis au point une méthode de construction innovante, le WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), qui permet de fabriquer des structures métalliques à l’aide d’un robot à 6 axes. Ce robot dépose 2 kilos de matériau par heure, ce qui rend cette technique particulièrement adaptée aux travaux de soudage complexes et détaillés pour des structures métalliques dans l’architecture.

Pour développer leur technologie, MX3D a collaboré avec Air Liquide et ArcelorMittal. Le robot est équipé d’un soudeur et d’une buse, permettant de souder des barres métalliques couche par couche. Ce procédé est compatible avec une large gamme d’alliages métalliques, tels que l’acier inoxydable, le bronze, l’aluminium ou l’Inconel. En somme, il s’agit d’un « soudeur géant » : « Nous avons combiné un robot industriel avec une machine à souder, le transformant ainsi en une imprimante 3D qui fonctionne avec notre propre logiciel », a expliqué l’équipe.

Le bras robotisé de MX3D

Pourquoi utiliser l’impression 3D dans la construction ?

Un des principaux avantages de l’impression 3D de béton est qu’elle permet de gagner un temps considérable. En effet, l’impression 3D peut réduire le temps de construction de 70 %, tout en diminuant les risques et les accidents sur les chantiers. Benoit Furet explique : « La réduction des difficultés et des risques est une réalité, nous construisons des murs de 3,8 m de hauteur sans échafaudage. De plus, nous constatons que le chantier est très silencieux. » Son équipe a ainsi réussi à imprimer en 3D une maison de 95 m², qui sera la première maison sociale imprimée en 3D de la ville. Selon lui, la technologie BatiPrint facilite également la création de formes courbes à moindre coût et offre une automatisation du travail : l’imprimante 3D fonctionne en continu jusqu’à la fin du projet, réduisant ainsi considérablement les temps d’attente.

Un autre avantage de l’utilisation de l’impression 3D dans la construction réside dans la réduction de l’utilisation des matériaux par rapport aux méthodes de construction traditionnelles. Contrairement aux procédés soustractifs, l’ajout progressif de matériaux permet de limiter l’impact environnemental et génère très peu de déchets, principalement grâce à l’optimisation topologique. Romain Duballet, co-fondateur de XtreeE, souligne : « Avec un contrôle géométrique, il est possible de concevoir des formes optimisées qui réduisent la quantité de matériaux nécessaires. » Cet avantage est d’autant plus pertinent lorsque l’on considère que le béton est l’une des ressources les plus utilisées sur Terre, après l’eau.

Structure créée par la société française XtreeE

Parmi les principaux défis de l’impression 3D dans la construction, on retrouve l’absence de normes claires pour certifier les structures imprimées. Axel Thery, responsable de la société Constructions-3D, explique : « Les principales difficultés viennent du fait que l’impression 3D n’est pas encore reconnue comme une méthode de construction conforme aux codes et normes actuels. Étant donné que les structures imprimées sont non traditionnelles, il est difficile d’évaluer leur résistance à long terme. C’est pourquoi les bâtiments destinés à l’habitation devront être testés progressivement au début. »

Cependant, certains pays commencent à envisager l’élaboration de normes pour intégrer cette technologie dans le secteur de la construction. Par exemple, à Dubaï, les autorités des Émirats arabes unis prévoient de construire 25 % des nouveaux bâtiments en utilisant la technologie 3D d’ici 2030.

D’une part, la fabrication additive a créé de nombreux emplois, mais qu’en est-il des travailleurs du secteur de la construction ? L’impression 3D de maisons et l’automatisation du processus de construction risquent-elles de rendre obsolètes de nombreux emplois ? Quelles compétences seront nécessaires pour opérer une imprimante 3D sur un chantier ? Les experts en impression 3D de béton s’accordent à dire que la technologie transformera les métiers sans les éliminer. Nous assistons à un changement de profils professionnels. Benoit Furet a expliqué : « Les métiers évolueront, de l’architecte au maçon, qui deviendra un opérateur de maçonnerie. Au final, le processus numérique global se simplifie, et les professionnels du bâtiment auront des rôles de maçons numériques et de contrôleurs de robots. »

Est-ce que l’impression 3D des maisons va changer le travail actuel ?

Une solution contre la crise du logement ?

L’impression 3D, en permettant de créer des structures plus rapidement, pourrait offrir une solution idéale pour répondre à la crise du logement en proposant des logements abordables et construits plus rapidement. Certaines entreprises ont déjà adopté cette technologie dans ce but, comme l’italien WASP, qui aspire à construire un monde plus durable grâce à l’impression 3D. La société a développé l’une des plus grandes imprimantes 3D au monde, capable de construire des maisons en utilisant des matériaux locaux et des sources d’énergie renouvelable telles que le solaire, l’éolien ou l’hydraulique. Cela permettrait même aux régions sans accès à l’électricité de créer des structures écologiques en utilisant des ressources locales.

Développement de l’entreprise italienne WASP.

Plusieurs pays envisagent l’impression 3D comme solution pour faire face à la crise du logement. Au Chili, par exemple, le projet Casa Semilla, fruit d’une collaboration entre l’Université du Bio-Bio et l’ANID, a récemment vu le jour. Cette initiative intervient alors que plus d’un demi-million de personnes souffrent d’un déficit de logements dans le pays. Construite en seulement 29 heures, cette maison est à la fois résistante aux séismes, durable et adaptable aux différentes régions du Chili, offrant ainsi une réponse innovante et accessible au problème du logement.

Si la fabrication additive pourrait offrir une solution à la crise du logement sur Terre, elle pourrait également jouer un rôle clé dans l’exploration spatiale, notamment en permettant la construction de maisons dans l’espace. Cette idée a déjà été explorée lors du « 3D Printed Habitat Challenge » de la NASA, qui visait à concevoir des technologies capables de construire des habitats sur la Lune ou Mars. Cependant, il reste encore de nombreux obstacles à surmonter avant de voir des structures imprimées dans l’espace.

Proyecto de impresión 3D en la Luna

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