l’impression 3D pour réduire l’impact carbone de la construction

Le secteur du bâtiment représente 43 % des consommations énergétiques annuelles françaises et génère 23 % des émissions de gaz à effet de serre. De plus, un chantier produit de nombreux déchets, à elle seule plus de la moitié des déchets mis en décharge. Les chantiers polluent également l’air à cause des émissions de poussières et consomment énormément d’eau. Aussi pour réduire considérablement son impact sur la planète, l’industrie de la construction doit accélérer sa transition : tant dans le choix des matériaux que dans sa façon même de bâtir.

Les contraintes réglementaires sont déjà là. En vigueur depuis le 1er janvier 2022, la Réglementation Environnementale RE2020 a été pensée pour faire de la France, un pays neutre en carbone d’ici 2050.

Cette nouvelle réglementation intervient dans la lutte contre le réchauffement climatique en permettant de rendre les constructions neuves plus respectueuses de l’environnement. Elle prend en compte en plus de la performance énergétique, l’empreinte environnementale du bâtiment et sa capacité à produire de l’énergie.

Pour répondre à ces nouvelles exigences, le secteur de la construction doit innover. Parmi les nouvelles technologies émergentes, figure l’impression 3D.

Le premier mur en béton imprimé en 3D est sorti d’un laboratoire de l’Université de Caroline du Sud en 2004. Grâce à un bras automatisé installé sur des rails autour d’un terrain, la méthode de Contour Crafting mise au point par le professeur Behrokh Khoshnevis permet de monter des murs couche par couche. La technologie s’annonce alors comme une révolution dans le bâtiment promettant de construire une maison en moins de 24h !

Longtemps fantasmée, la technologie va connaître une accélération avec l’amélioration des matériaux. Car le béton classique ne peut être utilisé, trop lourd il s’affaisserait sous son poids. Ce sont les chinois WinSun qui présentent en 2014 des maisons de 200 mètres carrés imprimées en seulement un jour. Avec sa machine de 32 mètres de long, 10 mètres de large, la firme change de méthode et crée hors site les différents éléments du bâtiment en utilisant un mélange de béton et de fibres de verre qu’elle assemble sur place.

Sur portique robotisé directement sur chantier ou imprimé hors site, les deux écoles dans la construction 3D persistent encore aujourd’hui. Quelque soit la méthode employée, en 10 ans, concepteurs d’imprimantes et acteurs de la construction se sont lancés un peu partout dans le monde, convaincus du potentiel de la fabrication additive.

Premier argument avancé, l’impression 3D béton permettrait de faire gagner beaucoup de temps. Elle permettrait notamment de passer d’un chantier de 2 semaines à seulement 3 ou 4 jours tout en réduisant la pénibilité et les risques au travail. Autre avantage, l’impression 3D béton nécessite moins de matériaux que les méthodes de construction classiques. Après avoir conçu une maison sur un ordinateur, une imprimante 3D connaît la quantité exacte de matériaux nécessaires à sa structure. A l’inverse d’un procédé soustractif, elle diminue l’impact environnemental et ne produit que peu de déchets. Certaines sociétés innovent également en mettant à profit les ressources naturelles trouvées dans la zone de construction ou en réutilisant les déchets de chantier.

Enfin, elle permet plus de créativité en autorisant des formes plus originales.

Bien sûr, elle a aussi ses limites. En tout premier lieu, l’investissement est coûteux pour une construction qui reste partielle. La plomberie, l’électricité, les fenêtres, ou encore les portes et parfois l’isolation sont toujours à installer manuellement. L’aspect final aussi peut apparaître rugueux, la majorité des surfaces extérieures sont moins lisses que celles des maisons traditionnelles. Enfin, n’ayant encore que peu de recul sur la stabilité dans le temps des bâtiments, la certification peut dans certains pays être difficile à obtenir.

Si l’impression 3D dans la construction n’a pas vocation à remplacer totalement les méthodes traditionnelles, elle continue d’évoluer et d’offrir de belles perspectives. Tant sur l’usage de matériaux plus écologiques, que sur le gain de temps de chantier et de main-d’œuvre. La technologie suffisamment mature peut aujourd’hui se déployer laissant entrevoir la multiplication de programmes de construction en impression 3D sur tous les continents. A l’image de Dubaï qui a déjà annoncé que 25% de ses bâtiments seraient imprimés en 3D d’ici 2030. Quand de nombreux experts entrevoient une réponse au boom démographique en Afrique, ou une solution de construction de logements d’urgence après une catastrophe dans les pays sinistrés. Plus futuriste encore, le procédé pourrait constituer, selon le professeur Behrokh Khoshnevis, la solution la plus pertinente pour construire des bâtiments dans le cadre de colonies humaines sur Mars ou sur la Lune. L’ingénieur américain dit y travailler depuis quelques années avec la Nasa.

L’arrivée de cette technologie doit-elle pour autant nous faire craindre une robotisation des métiers du bâtiment ?

Dominique Naert, de formation maçon-tailleur de pierre chez les Compagnon du Devoir et fervent défenseur de l’apprentissage et du travail manuel ne semble pas s’en inquiéter. « Les défis dans la construction et surtout la rénovation sont tellement immenses » dit-il que l’impression 3D est un outil de plus à notre disposition pour atteindre nos objectifs de décarbonation en 2050. Avec pas moins de 4 milliards de mètres carrés de logement à rénover rien que dans notre pays, la robotisation ne sera pas un luxe alors que nous manquons déjà de main d’œuvre.

Directeur du mastère spécialisé Immobilier et bâtiment durable à l’Ecole des Ponts Paris Tech, c’est avec beaucoup d’enthousiasme qu’il voit arriver cette nouvelle technologie qui de toute manière ne travaillera pas seule. « Derrière toute machine, il faut des hommes qualifiés ». C’est aussi la promesse de plus d’attractivité pour des métiers dits pénibles.

L’impression 3D béton en France

En 2018 la ville de Nantes, inaugurait le premier logement social fabriqué à l’aide de l’impression 3D. La maison de 95 m² baptisée Yhnova a été conçue grâce à un procédé développé par l’université de Nantes. Un robot doté d’un bras de 4 mètres de long a d’abord créé deux parois en 

mousse polyuréthane expansive qui font office de 

coffrage pour recevoir du béton coulé lui aussi, par le robot.

Deux entreprises françaises sont aujourd’hui positionnées sur l’impression 3D béton. Constructions-3D est installée dans le Nord à Valenciennes et sa première réalisation a été de construire avec sa technologie son propre siège.

L’autre, XtreeE est basée à Rungis dans le Val-de-Marne. Née en 2015 à la suite d’un projet de recherche avec l’école d’architecture de Paris Malaquais, ils sont 14 cofondateurs, ingénieurs et architectes et se considèrent comme fournisseurs de technologie. La machine qu’ils ont mise au point est un bras d’impression robotisé imaginé pour construire en atelier toutes sortes d’éléments : murs, poteaux ou mobilier. Ils ont en effet opté pour la construction hors site pour des chantiers plus propres et plus sûrs, nous explique Romain Duballet, cofondateur et directeur général d’XtreeE.

« Nous ne croyons pas à l’impression 3D directement sur chantier. C’est d’une part beaucoup de transport et c’est aussi soumettre le robot aux aléas climatiques. En travaillant hors site, nous travaillons dans de bonnes conditions, en toute sécurité et en temps masqué. »

La réalisation en juin 2022 à Reims d’un programme de cinq maisons individuelles dans l’éco-quartier Réma‘Vert, témoigne que la maîtrise de l’impression 3D béton a franchi un cap en France.

Contrairement à la maison Ynhova à Nantes, la trentaine de murs produits par XtreeE l’ont été sans coffrage. Composés de deux parois de quelques centimètres, reliées entre elles par des raidisseurs (sortes de zigzag de béton) laisse un espace vide au centre qui peut être utilisé pour accueillir un isolant.

« Pour qu’un mur soit performant, il faut amener des creux et des géométries un peu complexes qui sont impossibles à fabriquer si on n’a pas de robot. Non seulement, nous n’avons pas besoin de moule mais le mur va gagner en propriétés mécaniques, thermiques et même acoustiques en utilisant beaucoup moins de matières »

Le projet porté par le bailleur social Plurial Novilia, une société du groupe Action Logement installé en Champagne-Ardenne et en Ile-de-France, a obtenu une certification du procédé 3D par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. Cette homologation a permis d’accéder à la garantie décennale, norme de construction française qui figure parmi les plus strictes au monde.

C’est avec Jérôme Florentin, le directeur de la maîtrise d’ouvrage de Plurial Novilia que nous visitons aujourd’hui ces maisons. Un an après leur inauguration, la vie s’y est installée et les habitants peuvent juger de leur quotidien dans ces habitations d’un nouveau genre. Marie qui a emménagé avec sa mère avoue qu’après l’effet de surprise d’avoir quelques pièces sans angle, s’y trouve très bien aujourd’hui. En revanche sa mère ne s’y fait pas trop dit-elle à voix basse en nous montrant sa chambre où aucun meuble ne semble avoir trouvé sa place.

C’est un choix qui a été fait d’imprimer les façades en forme courbe assume Jérôme Florentin. « L’impression 3D béton avec toute la technologie associée sur la partie imprimante ou composition du béton, nous permet de libérer le trait architectural et d’être créatif sans contrainte comparée à la construction traditionnelle avec le béton banché ou du parpaing. »

Faudrait-il en effet se plaindre que les logements sociaux ne ressemblent plus aux tours et autre barres d’immeubles qui ceinturent nos villes ?

Avec l’impression 3D, les murs qu’ils soient droits ou courbes, ne coûtent pas plus chers remarque en tous cas, Jérôme Florentin.

Du point de vue du maître d’ouvrage, ces 5 logements sont une réussite : 4 à 6 mois de gagnés sur la durée du chantier, au moins 50% de béton économisé, et quasiment pas de déchets pour un rendu esthétique agréable à l’œil.

Marie d’ailleurs en convient, son logement lui plaît. De plus elle a constaté que le salon et les chambres côté sud gardaient leur fraîcheur en été.

Pour la 3D, le béton utilisé doit être plus liquide et à prise rapide. Le groupe cimentier Vicat qui a participé à l’aventure, a développé un béton bas carbone avec moins de ciment. Mais il y aura moyen de faire encore mieux, en utilisant d’autres matériaux : terre crue ou biosourcés.

Du point de vue économique, l’ensemble du projet est revenu environ 25% plus cher qu’il n’aurait coûté en construction conventionnelle. Mais c’est le prix de l’innovation admet-on du côté du donneur d’ordre, Plurial Novillia qui ne compte pas s’arrêter en si bon chemin et projette pour 2024 la construction d’un immeuble de douze logements collectifs sur deux étages à Bezannes dans la Marne. Cette fois, c’est une technologie allemande qui a été choisie avec un robot impression 3D directement sur le chantier.

XtreeE de son côté, ne manque pas de projets. Grâce à sa technologie robuste protégée d’une dizaine de brevets internationaux, le précurseur français de l’impression 3D hors site se déploie à travers le monde. L’entreprise qui s’est entourée de grands industriels de la construction tels que Vinci, le groupe Saint-Gobain ou encore, Holcim, annonce l’ouverture de trois nouvelles unités en Suisse, aux Etats-Unis et au Japon, portant à 12 le nombre de ses sites. Prochain objectif : atteindre les 18 unités d’impression d’ici fin 2023, puis 50 d’ici 2025.

Dans son usine pilote de Rungis, XtreeE poursuit sa recherche et développement, convaincue que la fabrication additive apportera une réponse efficace à la fois à la crise du logement et à la crise climatique. Car il n’agit pas tant de construire du neuf mais aussi rénover l’existant et rien à ce jour dans la construction ne promet d’être plus précis, rapide et fiable que l’impression 3D.