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L’impression 3D a pris d’assaut l’industrie de la construction. Qu’est-ce que cela signifie?

La construction est l’une des plus anciennes activités de l’être humain, dont les premières techniques utilisant des outils en os, en pierre ou en bois et de la peau remontent à aussi loin que l’an 9 000 av. J.-C..

Mais l’industrie de l’ingénierie, de la construction et de l’infrastructure modernes est aussi l’une des industries en évolution rapide à l’échelle mondiale – surtout à l’heure actuelle, alors qu’elle est aux prises avec une demande accrue, des chaînes d’approvisionnement enchevêtrées et une pression croissante des coûts.

L’utilisation d’applications mobiles sur site, de suites logicielles de gestion de la construction, et même d’applications d’intelligence artificielle (IA) et d’apprentissage automatique ne sont que quelques exemples contribuant à l’amélioration de la productivité des projets.

Un autre exemple est l’utilisation émergente de l’impression 3D dans les projets de construction et de rénovation.

Bien qu’elle ne soit pas encore un outil couramment employé, la technologie a déjà été déployée sur des chantiers de prestige tels que la restauration de la Cité parlementaire à Ottawa, au Canada, et les bâtiments administratifs et municipaux à Dubaï, aux Émirats arabes unis.

Mais qu’est-ce qui fait que l’impression 3D est si attrayante pour l’industrie de la construction? Voyons voir.

Qu’est-ce que l’impression 3D pour la construction?

L’impression 3D, aussi appelée « fabrication additive », existe depuis les années 80, mais n’est devenue viable pour une utilisation commerciale qu’au début des années 2000. Même si l’impression 3D a été au départ utilisée principalement pour le prototypage et la conception de produits, elle sert désormais à divers usages, notamment la fabrication de composants et le génie aérospatial.

Les imprimantes 3D de construction sont développées spécifiquement pour l’industrie de la construction et sont habituellement utilisées pour imprimer l’ossature et les murs d’un bâtiment.

En effet, l’impression d’un bâtiment entier pleinement fonctionnel – y compris la plomberie, les fenêtres, le câblage électrique, le système CVC, les accessoires de cuisine et autres éléments – d’un seul coup à l’aide d’une imprimante 3D relève encore de la science-fiction.

Mais l’impression de composants divers pour des projets de construction commerciale et résidentielle est désormais bien réelle, avec toutefois des dépenses en immobilisations élevées : les imprimantes dédiées à la construction telles que les imprimantes Maxi Printer et COBOD BOD2 valent entre 300 000 $ et 550 000 $ chacune.

Quoi qu’il en soit, le marché de l’impression 3D pour la construction croît rapidement – si rapidement qu’il a même pris par surprise les observateurs de l’industrie dans certains cas. Éric Holt, professeur à l’Université de Denver et expert en gestion de la construction, a déclaré l’année dernière au magazine Metropolis que l’impression 3D [à grande échelle] était bien plus réelle qu’il ne l’imaginait. « Je croyais qu’il restait au moins encore cinq ans avant de voir de tels résultats, mais l’impression 3D s’est vraiment développée très rapidement. »

Certaines entreprises utilisant l’impression 3D pour la construction, telles que Mighty Buildings, sont allées encore plus loin. Mighty Buildings utilise une combinaison d’impression 3D, de matériaux composites de haute technologie, de finition robotisée, de cellules de bain préfabriquées et de scannage 3D pour produire des maisons de trois chambres en deux à trois semaines.

Le directeur général de l’entreprise a indiqué que bien que Mighty Buildings espère éventuellement être en mesure d’imprimer en 3D des bâtiments entiers, l’entreprise utilise actuellement une technique par panneaux qui suppose une fabrication hors site et un réassemblage.

Comment l’impression 3D fonctionne-telle dans la construction?

Le procédé de fabrication de murs, de composants ou de pratiquement n’importe quoi d’autre à l’aide d’une imprimante 3D de construction peut varier, mais comprend généralement les étapes suivantes :

1. Un modèle numérique 3D de l’élément est créé (habituellement à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur [CAO]).
2. Les données du modèle alimentent ensuite l’imprimante 3D qui lit les données de conception.
3. Des couches successives de matériaux (y compris les métaux, liquides, poudres ou autres composites) sont imprimées les unes sur les autres et fusionnées.

Couche par couche, l’élément est créé – qu’il s’agisse de bardage, de panneaux structuraux ou d’une maison.

Les méthodes d’impression 3D pour la construction comprennent l’extrusion (utilisant du béton/ciment, des polymères, de la cire et de la mousse), le collage de poudre (y compris les liants polymères, les colles réactives et le frittage) et la soudure additive.

Avantages et inconvénients

Comme toute technologie, l’impression 3D pour la construction présente plusieurs avantages et inconvénients. D’un côté, elle peut être extrêmement rapide, réduire la quantité de déchets, offrir une plus grande souplesse de conception et améliorer éventuellement la sécurité sur les chantiers. Mais elle nécessite aussi des dépenses en immobilisations extrêmement élevées et une main-d’œuvre qualifiée difficile à trouver.

AVANTAGES

La rapidité
Nous avons mentionné plus haut comment Mighty Homes pouvait construire une maison complète en deux à trois semaines, mais il ne faut que 24 heures environ pour imprimer en 3D un élément – ce qui est considérablement plus rapide que les travaux typiques de construction de charpentes et de murs. « Vous économisez environ 60 % du temps passé auparavant sur un chantier et 80 % de la main-d’œuvre », affirme Marco Vonk de Saint-Gobain Weber Beamix.

Une réduction de la quantité de déchets
La quantité de déchets de construction à l’échelle mondiale atteindra 2,2 milliards de tonnes en 2025, une quantité énorme qui aura presque doublé par rapport à 2018. Étant donné que l’impression 3D est un procédé de fabrication additive, elle n’utilise que la quantité de matériaux nécessaire pour le modèle 3D sans produire autant de déchets que les méthodes de construction traditionnelles.

La liberté de conception
La possibilité d’imprimer des structures ou des composants de grande taille à partir de modèles 3D ouvre des perspectives de conception considérées auparavant comme étant trop exigeantes, coûteuses ou tout simplement impossibles en utilisant d’autres techniques. « L’impression 3D de béton vous permet de créer n’importe quelle forme. Vous pouvez la plier, réaliser des angles, créer pratiquement toutes les formes organiques que vous souhaitez, et c’est une copie directe de ce que vous avez dessiné sur papier », a expliqué Marco Vonk de Saint-Gobain Weber Beamix.

La sécurité
Selon l’OSHA, plus de 5 000 travailleurs ont perdu la vie au travail aux États-Unis en 2019, dont 20 pour cent environ de ces décès ont eu lieu dans le secteur de la construction. De par la nature même de l’impression 3D, cela signifie que ce chiffre devrait presque certainement baisser une fois que la pratique sera plus répandue.

INCONVÉNIENTS

Les dépenses en immobilisations
Les imprimantes 3D de construction les plus populaires coûtent des centaines de milliers de dollars avant même de les avoir mis en marche. Les imprimantes 3D peuvent être louées, mais ces coûts sont généralement aussi élevés. Et ces coûts n’incluent même pas l’électricité pour les faire fonctionner, les matériaux utilisés pour la construction ou l’entretien régulier.

La recherche de main-d’œuvre qualifiée
Il existe déjà une pénurie constante de main-d’œuvre dans le secteur de la construction, mais les choses empirent si vous tenez compte de l’expertise requise pour concevoir des modèles 3D et faire fonctionner des imprimantes 3D – quelque chose qui ne fait généralement pas partie de la gamme de compétences de la plupart des entreprises de construction.

Les lois et règlements
Les lois sont souvent en retard sur les innovations technologiques, et c’est également vrai pour l’impression 3D dans l’industrie de la construction. La plupart des municipalités n’ont pas de codes de construction qui traitent des normes de qualité ou de tout autre règlement entourant l’impression 3D, d’où la difficulté pour un inspecteur des bâtiments d’effectuer des évaluations exactes. Et la jurisprudence traitant de problèmes potentiels liés à l’impression 3D de bâtiments est peu abondante.

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