L’impression 3D dans la construction : du béton à la simulation
Et demain ?

L’impression 3D dans la construction : du béton à la simulation

Un immeuble de 5 étages en Chine, des pavillons en béton à Dubaï, une cabane en bioplastique recyclable à Amsterdam, un logement social en mousse polyuréthane à Nantes… L’impression 3D avance à grands pas dans le bâtiment, tout en soulevant des interrogations : quels avantages ? Quelles technologies choisir ? Quelles performances énergétiques attendre ? Quelle conformité espérer ? La modélisation est l’outil approprié pour explorer le maximum de pistes.

Et si l’on imprimait les bâtiments plutôt que de les construire ? L’impression 3D rencontre un succès croissant dans la construction. Chaque mois, des démonstrations sont réalisées dans le monde, en Chine, Russie, États-Unis, Royaume-Uni, Pays-Bas, Suisse, France. Et pourtant, la technique est loin d’être nouvelle. Dès 2004, l’Université de Californie du Sud imprimait des premiers murs, sous la direction du Professeur Behrokh Khoshnevis. « Il est le pionnier de l’impression 3D dans la construction, affirme Aurélie Papon, enseignant-chercheur à l’INSA Toulouse et titulaire de la Chaire GA Smart Building « Innovation et Construction » de la Fondation INSA Toulouse. Le premier à y avoir cru et le premier à s’être donné les moyens d’y parvenir. Son objectif aujourd’hui est d’automatiser la réalisation de bâtiments entiers. »

Des avantages technologiques, économiques et écologiques

L’impression 3D cumule les atouts pour le génie civil. Des atouts technologiques, puisque ce procédé offre aux architectes une grande liberté, en donnant la possibilité d' »imprimer » des bâtiments aux géométries inédites, qu’il serait impossible d’obtenir par des moyens de construction traditionnels. Elle permet également de reproduire des constructions en tous points identiques sur des sites différents. Surtout, l’impression pilotée par ordinateur évite d’éventuelles malfaçons. Les atouts sont aussi économiques, notamment parce que l’impression 3D est rapide et qu’elle permet de s’affranchir de la préfabrication de coffrage coûteux. Le faible impact écologique de l’impression 3D des bâtiments est son troisième atout, car elle réduit les besoins en matériaux et en énergie, mais aussi la production de déchets sur les chantiers.

La technologie d’extrusion, privilégiée dans la construction

Dans le génie civil, si la préfabrication en usine domine actuellement, l’impression réalisée directement sur chantier prend de l’ampleur. Et pour ces constructions à grande échelle, il faut voir grand, avec des imprimantes mobiles de taille XXL pour se rendre sur site. Le principe ? Un robot doté d’une buse d’impression dépose des couches successives de béton pour monter les parois. C’est aujourd’hui la technologie la plus courante dans le bâtiment, car elle permet d’imprimer de grandes structures. En Californie, l’entreprise Contour Crafting de Behrokh Khrosnevis travaille à la conception d’un portique coulissant sur des rails, susceptible d’imprimer une maison de deux étages en un temps record. À Nantes, le Consortium BatiPrint3D a conçu un bras robotisé pourvu d’une buse, qui dépose de la mousse polyuréthane couche par couche pour réaliser deux parois, entre lesquelles est coulé le béton. Une technique garantissant une isolation thermique continue extérieure et intérieure, selon ses concepteurs.

Des constructions véritablement durables ?

Jusqu’à présent, les bâtiments « imprimés » n’avaient pas vocation à être habités, mais plutôt à juger le potentiel de cette technologie. La durabilité et les performances thermiques des constructions ont rarement été évaluées. Certains projets ont même testé l’impression 3D à partir de granulat recyclé, dans un objectif environnemental. De son côté, l’INSA Toulouse a lancé un travail de modélisation numérique qui pourrait répondre à cette question essentielle de durabilité des impressions 3D. « Une fois la modélisation validée, ce sera plus simple et plus économique de simuler la mise en œuvre du matériau, plutôt que de réaliser une multitude d’essais, confie Aurélie Papon. Nous pourrons tester la vitesse d’avancée de la buse, le débit d’écoulement du béton, ou encore l’influence des variations de composition, pour obtenir des strates homogènes et à toutes épreuves. Tout va très vite sur la question de l’impression 3D désormais et j’espère que nos recherches basées sur la simulation numérique participeront à cette accélération. » 

La Chaire GA Smart Building « Innovation et construction » est une chaire d’enseignement et de recherche portée par la Fondation INSA Toulouse

– Création en novembre 2016
– Durée : 3 ans
– Laboratoire associé : Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions
– 3 programmes déployés dans le cadre de la Chaire
1.un programme de recherche dont l’objectif est de contribuer à l’avancée des connaissances scientifiques et technologiques dans le domaine de l’impression 3D appliquée aux matériaux cimentaires
2.un programme « Accompagnement de la spécialité Génie Civil » pour aider au développement de nouvelles compétences identifiées comme indispensables chez les ingénieurs, en particulier le BIM
3.un programme « Open Innovation » pour favoriser l’innovation et l’esprit d’entreprendre des ingénieurs de demain et pour collaborer sur des projets d’innovation partagée. La création du MOOCBIM par GA Smart Building et l’INSA Toulouse entre dans le cadre de ce programme.

Créée en 2007, la Fondation INSA Toulouse permet aux entreprises qui la soutiennent, telles que GA Smart Building, et aux particuliers d’œuvrer ensemble pour le développement de l’Institut. Depuis sa création, elle est porteuse des valeurs humanistes de diversité, d’ouverture et de solidarité que l’INSA Toulouse s’attache à transmettre aux élèves-ingénieurs.

Outil de responsabilité sociale pour ses partenaires, le mécénat de la Fondation offre à l’INSA de nouveaux moyens pour développer des projets innovants et sociétaux. Trois axes thématiques soutenus par la Fondation : favoriser l’égalité des chances et la diversité, soutenir la formation et la recherche à la pointe de l’innovation et accompagner l’entrepreneuriat et les initiatives sur le campus.

Un article signé OKedito