Cet article traite de l’impression 3D dans le secteur de la construction. Les avantages, les inconvénients, les différentes techniques ainsi que deux cas de figure sont explicités ci-dessous.

Comment est apparu l’impression 3D dans la BTP ?

Le 16 juillet 1984, le 1er brevet sur l’impression 3D est déposé. Les dépositaires français, Jean-Claude André, Olivier de Witte et Alain le Méhauté travaillent pour le compte de l’entreprise CILAS ALCATEL. A compter de ce jour, le concept sera au centre de la préoccupation de nombreux chercheurs internationaux qui permettront de perfectionner le système rapidement.

En 1987, le procédé de frittage laser sélectif est inventé par l’entreprise DTM Corp. Cela consiste en la fabrication couche par couche de poudre polymères par frittage laser.

En 1988, la société Stratasys dévoile une nouvelle technologie reposant elle aussi sur le dépôt couche par couche en fabrication additive : le procédé FDM pour Fused Deposition Modeling ou dépôt de fil fondu en français. Cette technique donnera naissance par la suite aux imprimantes domestiques personnelles telles que nous les connaissons aujourd’hui.

En 2003, la société MCor technologies présente un nouveau procédé, le 3DPP (3D Paper Printing). L’impression 3D utilise du papier de format A4 agrégé en couches successives avec une colle spéciale, et couplé avec une lame en pointe de tungstène pour couper la forme.

De cette dernière date à aujourd’hui, aucun autre procédé n’a été inventé. Néanmoins, le travail de recherche est basé sur l’optimisation des méthodes existantes. De ce fait, cela fait plus de 20 ans que les entreprises perfectionnent les problématiques de taille, de couleur, de précision, de matériaux, de coût et surtout de temps de fabrication.

Quels procédés d’impression existe-il?

  • Impression 3D par façonnage :

Cette méthode utilise une extrudeuse à bras robotique qui se déplace grâce à l’installation de rails sur le chantier. Cela ressemble fortement au fonctionnement des imprimantes 3D qui utilise une modélisation par dépôt de fil fondu. De ce fait, le robot construira le bâtiment couche par couche en extrudant le béton de la buse. C’est la méthode la plus populaire.

  • Impression 3D par coffrage en polyuréthane :

Il s’agit d’une technique unique à travers laquelle un robot crée deux parois en mousse polyuréthane expansive qui serviront de coffrage pour couler du béton et constituer les différents murs. Cette méthode est très prisée car le polyuréthane sert d’isolant performant pour la maison et le coffrage permet l’insertion d’armatures à l’intérieur des murs.

  • Impression 3D par sablage :

Ce procédé est moins prisé dans le secteur du bâtiment car non adaptée aux chantiers. La machine étale une couche de sable en poudre puis durcit la forme de la structure avec un liant. Ensuite, le robot est programmé pour projeter des abrasifs à forte pression afin de retirer la poudre durcie et lisser la surface du produit. Néanmoins, ce procédé peuvent parfois générer une atmosphère explosive ce qui nécessite certaines précautions.

  • Impression 3D par soudure de métal :

Le principe de cette méthode est simple et consiste à combiner un robot industriel avec une machine à souder. Cela permet de créer des structures telles que des ponts qui doivent résister à des contraintes plus importantes. De ce fait, les machines doivent créer des structures autoporteuses pour cheminer progressivement vers l’autre côté de la berge.

Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode de construction ?

Les principaux avantages de ce nouveau procédé sont :

  • Des délais de construction plus faibles
  • Une efficacité plus importante (mise en marche continue 24h/24)
  • Une qualité maîtrisée et moins de déchets
  • Pas ou très peu de nuisances sonores
  • Moins de travail de suivi de chantier
  • Évite les aléas d’un chantier (béton mauvaise qualité, retard, qualité, congés, accidents)
  • Permet de se libérer de la contrainte des formes
  • Un prix réduit dans les années à venir

Quels sont les inconvénients ?

  • Des matériaux inaccessibles (impossible de ne pas utiliser de plastique)
  • Coût variable selon la méthode de réalisation utilisée
  • Nécessite des ingénieurs qualifiés dans ce domaine encore récent
  • Un matériel d’impression cher induisant un amortissement lourd (~ 500 000€)
  • L’impression 3D n’est pas vraiment adapté pour des projets structurels conséquents.

Quelques applications actuelles de l’impression 3D dans la construction :

  • Une maison HLM de 95m² à Nantes :
Vidéo de la conception et réalisation de la maison ( Source )

Inventé à l’université de Nantes, Bâtiprint est un procédé de fabrication utilisant un robot permettant de construire des habitations. Il s’agit d’une application directe du procédé d’impression 3D par mousse polyuréthane. Le polyuréthane restera dans la construction et servira d’isolant thermique satisfaisant les normes du bâtiment. De plus, l’optimisation des formes du bâtiment (notamment au niveau des angles) permet d’obtenir une isolation plus performante d’environ 40%. Pour construire cette maison de 95 m², il aura fallu 54 heures au lieu de trois semaines habituellement. Il est également possible de gérer la domotique de la maison grâce à son smartphone. Le coût de cette maison à été estimé à 200 000€ néanmoins les prévisions indiquent que le prix de construction par impression baissera de 40% dans les 10 ans à venir. Cette construction à été possible grâce à partenariat entre l’université de Nantes, du CNRS, de Bouygues et d’autres écoles qui ont aidé à la conception technique. Le projet à été baptisé Yhnova.

  • L’entreprise 3D Construction projette d’imprimer son siège social :
Vidéo du procédé utilisé par l’entreprise ( Source )
Maxi Printer – Entreprise 3D Construction ( Source )

Après des mois de recherches et d’améliorations de son imprimante 3D béton, Constructions-3D imprimera son premier bâtiment fin 2019. Cela constituera le premier élément du siège social de l’entreprise visant a atteindre 40 000 m² dans les années à venir. Constructions-3D tend à proposer une solution complète et clés en main d’impression 3D béton sur chantier grâce au processus de façonnage. Son objectif ? Permettre la réalisation rapide, sécuritaire, répétable et économique de structures imprimées en 3D sur site, donner au monde un outil capable de loger ses populations. L’imprimante 3D béton Maxi Printer est robuse et fiable grâce à son système hydraulique. Conçue par une équipe d’experts en ingénierie, la Maxi Printer est équipée pour faire face aux conditions difficiles que peuvent traverser les outils de chantier. Premier d’une longue série, ce bâtiment d’une cinquantaine de m² sera le premier du siège de la société Constructions-3D. Il s’agira officiellement du premier bâtiment dont les parties porteuses ont été imprimées en France.

Les maçons bientôt remplacés par des machines ? :

En voyant les capacités de ce nouveau procédé, on peut se demander si le développement de l’impression 3D ne va pas impacter les ouvriers du bâtiment. Les entreprises actuelles affirment que les deux savoir faire vont coexister. De plus, les machines seront sans doute réservées pour les constructions particulières et plus complexes. On peut également se demander quand les particuliers et promoteurs seront prêts à investir dans cette nouvelle technique. De ce fait, l’impression 3D est encore en phase de test et d’amorçage donc le temps où les machines remplaçeront les hommes est encore très loin.

Quelques réalisations à travers le monde :

Récif artificiel – Parc national des Calanques (France) ( Source )

Espace de bureaux – Dubaï ( Source )
Pont en inox – Amsterdam ( Source )
Villa de 400 m² – Chine ( Source )
Pont à base de matériaux plastiques – Chine ( Source )

Pont en béton – Espagne ( Source )

Sources et annexes :

Catégories : Impression 3D

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