Construction d'une maison en impression 3D

 
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La construction d’une maison
par impression 3D grandeur nature !


Il y a quatre cents ans environ commençaient à Amsterdam les travaux d’aménagement du Grachtengordel, la ceinture des canaux qui confère à la ville son identité si appréciée aujourd’hui. Une véritable révolution, qui avait pour but de faciliter l’accessibilité à la ville, important centre de commerce à l’époque.

Aujourd’hui, cette ceinture de canaux fait l’objet d’une nouvelle transformation. Il s’agit, à première vue, d’un projet singulier émaillé de nouveautés architecturales, mais aussi d’une première mondiale. Les techniques d’impression et de production 3D sont aujourd’hui arrivées à maturité et les projets de grande envergure peuvent désormais entrer de plein pied dans l’architecture. Le bureau amstellodamois DUS Architects a très rapidement embrayé sur cette voie de la 3D, ce qui fait de lui un des leaders de l’impression 3D dans le secteur de la construction. Mieux, il relève le défi et réussit un véritable tour de force en réalisant la première maison imprimée en 3D en grandeur réelle au monde. Ce projet est mis en œuvre au Grachtengordel à Amsterdam, qui sera donc, dans un avenir rapproché, le théâtre d’une authentique première mondiale.  


Projet de construction 3D

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Martine de Wit, cofondatrice et associée de DUS Architects, est une des initiatrices du ‘3D-print canal house’. « En mars de cette année, nous avons ouvert au public le site de construction où nous sommes en train de réaliser la maison imprimée en 3D, explique-t-elle. Les deux premiers volumes de la maison ont entre-temps été réalisés sur notre imprimante 3D et cela commence vraiment à ressembler à une vraie maison, toutefois totalement imprimée en 3D. L’objectif est de continuer à étendre le projet sur les trois prochaines années. Il ne s’agit pas en l’occurrence d’un projet commercial qui doit être livré dans un délai strict, mais bien d’un projet de recherche qui doit nous apprendre ce que l’impression 3D en grand format peut apporter à terme à l’architecture, mais aussi sur le plan urbanistique, par exemple. La ‘3D-print canal house’ n’est donc pas un projet de construction traditionnel. Ce projet représente pour le monde de l’architecture une terre inexplorée que DUS Architects tente de défricher. En d’autres termes, c’est une initiative hybride qui se situe à la frontière entre un projet de construction et une initiative de recherche.
Objectif : nous apprenons par la pratique les défis techniques, mais aussi les sensibilités spécifiques rencontrés lorsque vous réalisez, en tant que bureau d’architecture, un projet de construction grandeur nature à l’aide d’une imprimante 3D de grand format et utilisez des granulés en plastique comme matériau de construction plutôt que des briques traditionnelles. Nous appelons cela Research by Doing (R&Do).
»


Imprimante haute de six mètres

Pour mener à bien ce projet révolutionnaire, DUS Architects a dû mettre les petits plats dans les grands et, d’une certaine manière, réinventer la roue. Pour ce faire, il a pu compter sur le ‘KamerMaker’, une gigantesque imprimante qui lui permet d’imprimer en 3D et en une seule passe des pièces grandeur nature. « Le ‘KamerMaker’ est une imprimante 3D colossale, de plus de six mètres de haut, que nous avons construite nous-mêmes et installée sur un parterre, face à nos bureaux d’Amsterdam Noord, au cœur d’un quartier résidentiel, explique Martine de Wit. L’imprimante imprime à l’aide de divers types de plastique biosourcé. À l’avenir, nous utiliserons du plastique recyclé. Le ‘KamerMaker’ est toutefois bien plus qu’une simple machine. Il fait partie d’un des domaines de recherche du projet, à savoir la réalisation de produits digitaux grand format et les techniques d’impression 3D correspondantes. Dans ce cadre, nous collaborons d’ailleurs avec une kyrielle de partenaires importants. L’impression 3D grand format en architecture peut en quelque sorte être considérée comme un nouveau métier dont nous allons pouvoir évaluer la courbe d’apprentissage, la viabilité et les possibilités grâce à la ‘3D-print canal house’. »


Avantage immédiat

L’avantage de l’impression 3D d’un projet de construction se manifeste déjà dès la phase de conception. « Dans la construction traditionnelle, la simulation 3D est également utilisée dans la phase de conception, précise Martine de Wit. La transposition réelle s’effectue alors sur le chantier. Les éventuelles anomalies du projet n’apparaîtront donc également que pendant la construction proprement dite. Dans un projet réalisé par impression 3D, les choses sont différentes. En ce qui concerne la ‘3D-print canal house’, les différentes parties de la maison sont en effet imprimées au préalable sur une imprimante 3D de petit format, assemblées puis testées pour en vérifier la cohérence. Ce n’est que lorsque le projet est jugé optimal sur le plan technique, architectural et esthétique que le processus d’impression 3D à échelle réelle est lancé sur le ‘KamerMaker’. »

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Personnalisation 3D

DUS Architects utilise par ailleurs une autre facette particulièrement intéressante du procédé d’impression 3D, à savoir la personnalisation des différents éléments de construction. L’impression 3G grand format permet en effet d’intégrer rapidement, sans trop d’effort et à la demande du maître de l’ouvrage, divers éléments ornementaux ou décoratifs dans le projet de construction. « Dans la construction traditionnelle, les exigences personnalisées du maître de l’ouvrage en termes de décoration et d’ornementation des façades, par exemple, représentent un coût important, poursuit Martine de Wit. Avec les nouvelles techniques d’impression 3D, vous pouvez intégrer rapidement ces éléments décoratifs dans le modèle 3D de la façade, après quoi vous les imprimez sans problème. Sur le plan financier, la différence est énorme. Le processus de transposition du concept en projet de construction réel est par ailleurs sensiblement plus facile. Vous partez en effet d’un modèle 3D numérique achevé que vous sortez ensuite directement d’une imprimante 3D au moyen d’une méthode de fabrication digitale. Vous pouvez aisément vous imaginer les gains d’efficacité que cela représente. »


Test décisif

La ‘3D-print canal house’ est également le test décisif par excellence pour le choix des matériaux en matière d’impression 3D grand format. « Pour les deux premiers blocs de la maison, nous avons utilisé un complexe thermofusible, pour lequel nous collaborons avec Henkel, continue Martine de Wit. Prochainement, nous passerons toutefois à un nouveau mélange issu de nos interactions avec la firme allemande. La recherche dans le domaine des matériaux et de la composition pour l’impression 3D grand format constitue en effet pour nous un aspect important de la ‘3D-print canal house’. La rigidité, la force portante, la stabilité, la durabilité... des matériaux utilisés sont des facteurs cruciaux à cet égard. Mais nous essayons de couvrir encore bien d’autres domaines de recherche : le processus d’impression proprement dit, le fonctionnement du ‘KamerMaker’, l’étude des matériaux, la construction, la conception elle-même, mais aussi la manière d’intégrer davantage d’éléments intelligents dans le processus d’impression en 3D, par exemple des panneaux solaires et, last but not least, l’aspect urbanistique. Autrement dit, comment abordez-vous le volet ‘bâtir la ville’ dans ce contexte digital ? »

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L’atelier déménage sur le chantier

Tout porte à croire dans ce contexte que l’impression 3D grand format aura un impact substantiel sur le mix des personnes et des moyens présents sur le chantier, mais Martine de Wit nuance le propos. « Vous déplacez en quelque sorte votre atelier vers le chantier, où vous imprimez les différentes parties d’une maison sur une imprimante 3D à l’aide de matières premières primaires, précise-t-elle. Vous retirez ainsi de la comparaison des composantes importantes de la construction traditionnelle, dont la production, le transport et certaines parties spécifiques du processus de construction, ce qui conduira immanquablement à un gain en termes d’efficacité. Les techniques d’impression 3D grand format ne vont toutefois pas réduire brutalement le nombre de personnes présentes sur le chantier de construction. Il y aura simplement un glissement vers d’autres compétences. Par ailleurs, bon nombre d’aspects traditionnels de la construction restent indispensables au moment du passage à l’impression 3D grand format, comme l’isolation thermique et acoustique, parce que les matériaux d’impression 3D que nous utilisons aujourd’hui n’ont par exemple pas de propriétés d’isolation thermique. Il se pourrait d’ailleurs qu’à terme, nous procédions également à des expériences avec des matériaux isolants. »


Avantage écologique

L’aspect écologie dans l’architecture est lui aussi important. Aujourd’hui, ces deux choses sont quasi indissociables. Sur ce plan également, les techniques d’impression 3D grand format affichent d’excellents résultats. « Sur la base de ce que nous savons aujourd’hui, et indépendamment de tous les facteurs concernés, nous pouvons affirmer que l’impression 3D grand format est sensiblement plus écologique que la construction traditionnelle, argumente Martine de Wit. Personne n’ignore que le secteur de la construction (traditionnelle) est un grand producteur de déchets. L’utilisation de l’impression 3D grand format permet de neutraliser quasi entièrement cette montagne de déchets. La production par impression 3D ne génère en effet aucun déchet. Un bâtiment ou élément de construction mal imprimé ou devenu inutilisable peut tout simplement être réutilisé. Ce processus de recyclage n’est bien entendu pas extensible à l’infini, mais les avantages sont clairs. Qui plus est, dans l’impression 3D, vous n’utilisez que la quantité de matériau nécessaire, pas plus, pas moins. Fini les restes ou matériaux superflus. C’est donc un énorme avantage écologique. »


Impact positif

La ‘3D-print canal house’ se veut toutefois plus qu’une simple première architecturale. « Nous avons installé notre imprimante 3D, le ‘Kamermaker’, au beau milieu d’un quartier résidentiel d’Amsterdam Noord, dit encore Martine de Wit. Les passants peuvent donc observer son fonctionnement et découvrir comment opèrent réellement les nouvelles techniques d’impression 3D. L’intérêt est déjà très vif. Nous souhaitons donc, parallèlement aux défis architecturaux que représente un projet si novateur pour un bureau tel que le nôtre, remplir une mission pédagogique. Autrement dit, nous voulons montrer aux gens que l’architecture par impression 3D grand format va déclencher dans les décennies à venir une nouvelle révolution qui aura un impact très positif pour eux. »


Deux mondes

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Une fois achevée, la ‘3D-print canal house’ doit devenir un centre d’innovation. « Nous voulons qu’elle devienne un endroit où l’on expose des innovations en matière de construction, conclut Martine de Wit. Aussi entendons-nous faire de cette construction une vraie maison, avec une installation électrique, l’eau courante, où il est possible de vivre, de cuisiner... Bref, une maison à part entière, au même titre que les autres bâtisses qui bordent les canaux à Amsterdam. » Interrogée sur l’avenir que DUS Architects entrevoit pour l’impression 3D dans la construction, Martine de Wit est on ne peut plus claire :
« A notre avis, ce ne sera pas un avenir dichotomique (les techniques de construction traditionnelle contre l’impression 3D grand format), mais plutôt intégré. Cela signifie que dans les années à venir, l’impression 3D sera vraisemblablement utilisée en complément à des techniques de construction traditionnelles. Autrement dit, l’imprimante 3D sera un complément à la caisse à outils traditionnelle. De la sorte, vous pouvez puiser dans le meilleur des deux mondes. Chez DUS Architects, nous voyons clairement un avenir pour l’impression 3D grand format, qui vous permet de télécharger en toute simplicité des modèles de maisons sur internet, puis de les imprimer à l’aide d’une imprimante 3D grand format en n’importe quel endroit du monde. »

© DUS Architects

Par Pascal Dewulf