La révolution numérique est au cœur des mutations que connaissent aujourd’hui les entreprises du BTP et ouvre la voie vers une nouvelle ère, celle de la « Construction 4.0 ». Avec des expérimentations et des réalisations dans le monde entier, l’impression 3D révolutionne le secteur du BTP, suscitant à la fois curiosité et engouement de la part de nombreux acteurs de la construction.
Imprimer des bâtiments en 3D
L’impression 3D consiste à créer des objets physiques à partir de modèles CAO par superposition de fines couches successives de matière. Également appelée fabrication additive, cette approche s’oppose aux techniques traditionnelles d’usinage (fraisage, tournage…) qui opèrent principalement par soustraction ou retrait de la matière.
Le principe de base d’une imprimante 3D est donc de créer du volume par ajout de matière. Dans le domaine du BTP, on utilise des imprimantes 3D grand format pour concevoir des modules préfabriqués en usine ou pour imprimer des structures en béton directement sur le site de construction. Montées sur des systèmes à portique, des grues ou des bras robotisés, ces machines géantes sont équipées d’une tête d’impression amovible et interchangeable qui va contrôler le débit de matière (notamment du béton, du ciment ou de l’argile) et l’étaler en fines couches selon un schéma précis.
Nouvelle technologie 3D, nouveaux enjeux pour le BTP
Ce mode de construction automatisé comporte de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles, tant sur le plan économique qu’environnemental. Il promet d’être plus rapide, moins coûteux et plus propre.
Une optimisation du cycle de construction
L’impression 3D dans le secteur du BTP permet de réduire les coûts (main-d’œuvre, matériaux, machinerie lourde) et les délais associés aux travaux de gros œuvre (fondations, murs et charpentes). En 2017, la startup californienne Apis Cor a par exemple construit une maison de 38 mètres carrés en seulement 24 heures à l’aide d’une imprimante 3D robotisée. Le coût de revient de ce projet s’élevait à 10 000 dollars (soit environ 8 850 euros), alors qu’à cette même période le prix d’une maison conventionnelle était d’environ 1 000 dollars au mètre carré.
Un facteur d’innovation
L’impression 3D transforme le secteur du BTP en permettant la réalisation de formes circulaires et texturisées avec une grande facilité, ouvrant ainsi la voie à des projets architecturaux originaux et complexes. C’est ainsi qu’en 2020, la municipalité de Dubaï s’est offert le plus grand édifice imprimé en 3D du monde. Cette construction circulaire de 640 mètres carrés a été imprimée in situ par une imprimante 3D Apis Cor, avec un mélange à base de gypse produit localement. Dubaï compte également parmi ses nombreuses infrastructures, un immeuble de bureaux presque entièrement conçu par impression 3D béton.
Une approche plus écologique
L’impression 3D génère très peu de déchets, jusqu’à 60 % moins qu’une construction traditionnelle. Pour rappel, le secteur de la construction représente environ 19 % de la production de déchets du BTP en France, soit 46 millions de tonnes par an. Les imprimantes 3D peuvent également être adaptées pour fonctionner avec différentes matières naturelles à rhéologie compatible (les mélanges de boue, de gypse, de sable, de chaux hydraulique…). À terme, ces matériaux permettront de réduire durablement la pollution liée à l’utilisation de ciment.
Au service de l’humanitaire
L’impression 3D réinvente le BTP en apportant une réponse rapide aux inégalités en matière de logement dans le monde. Telle est la mission que s’est donnée « 14Trees », une initiative de LafargeHolcim et du CDC Group qui vise à construire des logements abordables et des bâtiments scolaires en Afrique. C’est ainsi qu’en 2021, le Malawi s’est doté de la première école au monde à être construite par une imprimante 3D. Ce bâtiment de 56 mètres carrés a été réalisé avec le BOD 2 de la firme danoise COBOD, l’imprimante 3D de construction la plus vendue au monde. « 14Trees » projette également de déployer cette technologie au Kenya et au Zimbabwe.
Limites et perspectives de la construction par impression 3D
Contrairement aux Dubaïotes qui ambitionnent d’imprimer le quart de chaque nouveau bâtiment d’ici 2025, ou encore le chinois WinSun qui imprime des maisons, des villas et des immeubles à étages depuis 2015, les entreprises européennes ont accumulé un retard significatif en matière de construction par impression 3D.
Plusieurs raisons peuvent expliquer ce retard, notamment un investissement de départ conséquent, qui peut atteindre jusqu’à un million d’euros, mais aussi la formation d’une main-d’œuvre qualifiée pour concevoir ou opérer ces machines, les contraintes techniques liées à l’utilisation de cette nouvelle technologie et la rupture avec le savoir-faire traditionnel. Notons également qu’à ce jour, ce nouveau type de construction n’est encadré par aucune norme, ni certification ou homologation.
Néanmoins, au cours de ces dernières années un certain nombre de chantiers importants ont vu le jour en Europe, dont la fameuse Kamp C, une maison de 90 mètres carrés construite par la Fédération de l’industrie cimentière belge (FEBELCEM) à Westerlo ou encore la maison Tecla de l’architecte Mario Cucinella, un logement écologique et biodégradable construit en Italie à l’aide de l’imprimante 3D WASP Crane. Cependant, la majorité de ces projets ont été menés à des fins de démonstration et ne répondent pas aux critères d’habitabilité ou de sécurité.
Il faudra attendre 2021, pour voir apparaître la première maison imprimée habitable d’Europe, aux Pays-Bas. Issu d’une collaboration entre Saint-Gobain Weber Beamix et l’Université de technologie d’Eindhoven, le projet Milestone se compose de 5 maisons conçues telles des rochers géants. Les parois épaisses et arrondies permettent d’améliorer les performances énergétiques de ces logements tout en assurant une intégration harmonieuse dans leur environnement. La première de ces maisons, un F3 de 94 mètres carrés, a accueilli ses nouveaux locataires le 30 avril 2021.
Au cours de cette même période, PERI GmbH, spécialiste des solutions de coffrage, d’étaiement et d’échafaudage, a débuté la construction du premier immeuble d’habitation imprimé à Wallenhausen, en Allemagne. Cet immeuble de trois étages dispose d’une surface habitable d’environ 380 mètres carrés répartis sur cinq appartements. Quatre de ces appartements seront destinés à la location, tandis que le dernier servira d’appartement-témoin pour les réalisations futures. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’un partenariat stratégique avec COBOD, le leader de la technologie d’impression de béton 3D.
L’impression 3D gagne le BTP français
En France, cette révolution est portée par des entreprises telles que Batiprint3D, une start-up nantaise spécialisée dans les techniques de construction 4.0 (robotique, BIM, impression 3D béton). Le groupe Hexaôm, quant à lui, a pleinement intégré les techniques d’impression 3D béton dans son concept YRYS de maison connectée et intelligente. XtreE, le spécialiste de l’impression 3D béton à grande échelle, a conçu toute une série de récifs artificiels au Cap d’Agde. Enfin, Constructions-3D, un concepteur d’imprimante 3D béton, a récemment entrepris la construction d’un bâtiment imprimé de 4 000 mètres carrés à Bruay-sur-l’Escaut pour accueillir son siège social.
Après les progrès prometteurs de l’impression 3D dans le secteur du bâtiment en France, c’est maintenant la réalité augmentée qui ouvre de nouvelles perspectives passionnantes et innovantes !