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L'Usine Matières premières

[Vidéo] Comment l’impression 3D béton transforme l’architecture et la construction

Marine Protais , , , ,

Publié le

Vidéo Formes complexes, retour d’architectures oubliées, réduction de l’empreinte écologique du BTP… Les promesses de l’impression 3D béton, détaillées lors du symposium Dixite3D à l’Ecole des Ponts ParisTech, sont alléchantes pour la construction. La technologie reste encore expérimentale.

[Vidéo] Comment l’impression 3D béton transforme l’architecture et la construction
Vue d'un pavillon à Dubaï conçu par Xtreee.
© Xtreee

Dans une salle en sous-sol de l’école des Ponts ParisTech à Champs-sur-Marne (Seine-et-Marne), un groupe d’une quinzaine de personnes équipées de blouses transparentes et de masques en tissu fixent une cage grillagée. Derrière, un robot ABB six axes de trois mètres. Il est équipé d’une tête extrudeuse qui lui permet d’imprimer du béton en 3D. Sans coffrage ni outil. Voilà à quoi pourrait ressembler le futur de la construction. Chercheurs, étudiants et industriels sont venus explorer cette piste lors de Dixite3D, un symposium consacré à la fabrication additive pour la construction du 15 au 18 janvier.

"L’idée est de créer une dynamique de communauté autour de l’impression 3D béton", explique Romain Mesnil, responsable de la plate-forme Build’In de l’Ecole des Ponts, dédiée à la digitalisation et l’automatisation de la construction, où s’est déroulé l’événement. L’initiative est issue du projet DiXite, financé par l'I-Site de Paris-Est Future. Xtreee, start-up francilienne spécialiste de l’impression 3D béton et le programmeur de robot Hal Robotics co-organisaient l’événement.

Engouement médiatique

Adoptée par l’industrie manufacturière depuis plusieurs années, la fabrication additive commence à s’immiscer dans le BTP et l’architecture. Ces dernières années, les expérimentations se sont multipliées créant à chaque fois l’engouement médiatique. Un pont cyclable en béton à Amsterdam, un logement social à Nantes (dont seul le coffrage a été imprimé en 3D), ou une maison en Russie réalisée en 24h et "pour moins de 10 000 dollars".

"On voit aussi beaucoup d’annonces de projet, mais les réalisations se font parfois attendre…", souligne Romain Mesnil, conscient du buzz un peu artificiel autour de la technologie. "Aujourd’hui le seul fait d’imprimer en 3D un bâtiment constitue un attrait, mais notre objectif est de faire en sorte qu’il y ait d’autres arguments que l’effet de nouveauté."

Techno Expérimentale

Pour le moment, la technologie reste expérimentale. Le robot installé au sein de la plate-forme Build'In réalise des mouvements en courbe et en zig-zag à vide. Il s’entraîne. "On vérifie qu’il n’y a pas de collision", précise Romain Duballet, co-fondateur et ingénieur structure de Xtreee, qui a fourni la tête d’impression du robot. "C’est un parcours particulièrement complexe. Il s’agit d’une chaise avec des couches à orientation variable." L’objet a été conçu par des étudiants participant à l’atelier. Il a fallu reprendre le fichier pour le rendre imprimable puis programmer le robot. L’impression de la chaise sera finalement abandonnée car un câble gênait le parcours du robot et l’équipe manquait de temps pour le reprogrammer. "Dans l’industrie, les robots répètent toujours le même geste. Ce qui n’est pas le cas en construction", souligne un ingénieur de Vinci, venu observer la démonstration.

La programmation est l’une des difficultés. La bonne formulation du béton en est une autre. Celui-ci est agrémenté d’un adjuvant à base de polymère. "Le mélange doit être suffisamment résistant pour tenir sans coffrage tout en ne séchant pas trop rapidement pour que la couche déposée adhère à la précédente", explique Romain Duballet. Les industriels des matériaux ont déjà investi le créneau. Lafarge a développé sa propre recette. Tout comme le suisse Sika.

Complexité des pièces

Le robot finira par imprimer un petit escalier de 1,50 mètres en une vingtaine de minutes. "Une structure également complexe, car elle est en porte-à-faux", note l'ingénieur de Xtreee. C’est là tout l’intérêt de la technologie : fabriquer des pièces complexes rapidement et sans que cela ne coûte plus qu’une pièce simple.

Pour en tirer profit, le principal défi reste de changer la conception des bâtiments. "Refaire ce qui peut se faire avec du béton banché avec l'impression 3D n'a que peu d’intérêt", avance Romain Mesnil. Pour des structures simples, le surcoût de la technique par rapport aux méthodes classiques reste important. Les acteurs de l’impression 3D sont d’ailleurs persuadés que la technologie ne remplacera pas la construction traditionnelle mais la complétera.

Pour faire évoluer les conceptions, les architectes s’intéressent au design génératif ou paramétrique. Des algorithmes capables de générer des formes complexes, en toile d’araignée ou organiques notamment, à partir de contraintes renseignées par l’architecte. Le  master "Design by data" dédié à cette nouvelle pratique a vu le jour en 2016 à l’Ecole des Ponts.

Architecture oubliée

Un objet en forme de dôme constitué de plusieurs cordons fins de béton est posé sur une table de l’atelier. "C’est une forme de voûte gothique. On n'en construit presque plus car ce sont des formes réalisées à la main avec des briques. Celle-ci a été imprimée en 3D. La fabrication additive va permettre de retrouver certaines formes oubliées", estime Romain Mesnil.

La technologie n’a pas encore transformé nos paysages urbains avec des formes organiques futuristes et des architectures oubliées, mais une petite révolution a déjà eu lieu en sous-sol. Xtreee fabrique déjà des pièces de maçonnerie pour le BTP comme des regards de visite. 

D’autres applications techniques semblent encore plus prometteuses. Au fond de l’atelier dédié à la 3D des Ponts ParisTech, une grande structure en treillis (grands croisillons) attire l’œil. Elle est encore encastrée dans le bloc de polystyrène dans lequel le béton a été injecté. "C’est la tête d'impression de Xtreee qui a été utilisée mais ici on parle plus d’extrusion que d’impression couche par couche", note Romain Mesnil. 

Le treillis permet d’obtenir des murs trois fois plus légers que les structures classiques avec les mêmes propriétés mécaniques. Et réduit ainsi l’impact environnemental d’un bâtiment en utilisant moins de matériau. "Les matériaux de construction constituent 12 % des émissions de CO2 à l’échelle mondiale", rappelle Romain Mesnil. Le béton est en particulier très émetteur ce CO2. L'impression 3D, si elle ne s'en passe pas, pourrait au moins en réduire la quantité.

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