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ENGINEERINGNET.BE - Toutefois, il est peu probable que le paysage flamand s'enrichisse de maisons imprimées. Or, la porte est ouverte, à partir de maintenant, à plus d'imagination dans l'architecture et l'automatisation des techniques de construction. C'est ce que montre aussi le robot de maçonnerie développé par Handsaeme Machinery à Izegem..
Dans le monde, les habitations imprimées sont de plus en plus nombreuses. La maison d'une hauteur de 8 m de Westerlo compte deux niveaux, qui représentent ensemble une surface au sol de 90 m², la taille d'une habitation de rangée campinoise moyenne.
Cette maison a été imprimée avec l'aide financière du Fonds européen pour le développement régional et de la province d'Anvers. Outre l'Université de Gand, la haute école Thomas More et le bureau d'architecture Trias, trois entreprises de construction campinoises (groupe Van Roey, Etib/Concrete House et Beneens) ont soutenu le projet.
Bâtiment témoin
L'habitation est un bâtiment témoin qui veut montrer, dans toute la mesure du possible, les techniques et les possibilités de l'impression 3D. «L'impression 3D dans la construction connaît un succès grandissant partout dans le monde, mais en Flandre, cela est nouveau», affirme la députée anversoise et présidente de Kamp C, Kathleen Helsen.
«Nous nous trouvons néanmoins devant des défis invraisemblables: la consommation de matériaux et d'énergie doit diminuer, nous devons nous occuper sérieusement de la réduction du CO2, le flux de déchets doit diminuer ... C'est pourquoi nous avons créé ce lieu où les entreprises du secteur de la construction peuvent faire des expériences totales avec l'impression 3D aux côtés d'organismes de recherche et d'enseignement.»
Marijke Aerts, responsable de projet à Kamp C, complète: «La résistance à la compression du matériau est trois fois plus élevée que celle des briques de construction rapide traditionnelles. Grâce à ce bâtiment témoin, nous pouvons vérifier si la solidité reste conservée au cours du temps.»
Outre les fibres qui se trouvent dans le béton, une armature de retrait minimale seulement est utilisée. Les portées transversales des baies de fenêtres et de portes sont constituées de tôles larmées métalliques. Ce support est nécessaire pendant l'impression proprement dite étant donné qu'une imprimante 3D ne peut pas (encore) imprimer dans le vide. Après durcissement, la portance du béton suffit d'elle-même.
Economie sur les matériaux
La technique d'impression a rendu superflu le coffrage du béton. Ceci a permis d'économiser beaucoup de matériaux, du temps (de transport) et de l'argent. C'est ainsi qu'une habitation pourrait être imprimée à l'avenir en deux jours. Les étudiants de Thomas More, qui pilotaient l'imprimante, devaient découvrir notamment, de manière expérimentale, à quelle vitesse la tête d'impression devait fonctionner.
En effet, le béton ne peut pas durcir trop vite ni trop lentement. L'impression a lieu couche par couche, les différentes petites couches, d'une épaisseur d'environ 1 cm, doivent pouvoir adhérer les unes aux autres. Dès que l'impression est une routine, il devrait être possible de piloter l'imprimante à partir du bureau de l'entrepreneur au lieu de l'être sur le chantier. Avant et pendant le processus de construction, les étudiants ont dû aussi optimiser la composition précise du mélange de béton et le volume des granulats utilisés.
L'imprimante à béton d'une hauteur de 10 m et d'une largeur équivalente a coûté environ un demi-million d'euros. Lorsque Kamp C l'a commandée au fabricant danois Cobod, c'était la plus grande au monde. Mais juste avant que l'on commence l'impression à Westerlo, Cobod a vendu une imprimante encore plus grande à l'Arabie saoudite.
Défis
Des preneurs d'initiative voient toutefois un avenir pour l'impression de béton en 3D, même si elle n’est pas encore prête pour l'impression d'un gros oeuvre prêt à l'emploi. «En raison de la différence de température entre le mélange de béton et l'environnement, de petites fissures de retrait sont créées, comme nous pouvons le voir pour des caves en béton coulé. C'est pour cette raison que nous ne pouvons pas imprimer sous un nombre élevé de conditions atmosphériques. Pour l'habitation témoin, cela a été résolu en construisant un hall temporaire autour de la zone d'impression avec des conteneurs vides. 
«Dans le monde arabe, des appareils ont été montés de manière massive pendant le processus de construction de manière à conserver au niveau souhaité l'humidité de l'air et la température ambiante.» Outre les fissures de retrait éventuelles, d'autres maladies d'enfance devaient être encore vaincues. C'est ainsi que les murs imprimés présentaient le type d'ondulation de l'impression par couches successives.
On peut considérer cela comme une caractéristique esthétique, mais aussi comme un facteur indésirable. Ce dernier peut être supprimé par l'application après-coup de matériaux de finition spécifiques. L'équipement de l'imprimante au moyen de bavettes qui lissent directement les murs après l'impression n'a pas encore, pour l'instant, apporté les résultats souhaités.
L'avenir en préfabriqué
L'impression de murs droits n'est pour l'instant pas meilleur marché qu'une méthode de construction traditionnelle. L'extension la plus rapide de l'impression du béton en 3D semble se présenter, dans la pratique, dans la préfabrication d'éléments en béton. Actuellement, le préfab est surtout une application pour de grandes séries d'éléments droits identiques, mais pour l'impression 3D, chaque élément séparé peut prendre une forme individuelle unique.
«Sans que cela influence les coûts de production», selon Alex Van Olmen, gérant de Concrete House. «L'impression de béton offre une liberté de forme totale. Les étudiants de Thomas More ont pratiqué cela en donnant une forme incurvée à différents murs. En construction traditionnelle, celle-ci exigeait, ainsi que d'autres formes fantaisistes, un budget de construction plus élevé. Aujourd'hui, les architectes peuvent donne libre cours à leur créativité sans que cette liberté de forme entraîne encore un supplément de coût.»
Prise de décisions d'investissement
L'entreprise de Van Olmen investit dans une imprimante de béton propre. «Nous avons demandé trois offres», dit-il. «Une pour une imprimante à portique comme à Kamp C, une autre pour une imprimante à commande hydraulique et une dernière pour un robot d'impression, comparable avec un robot dans le secteur de l'automobile. Dans l'intervalle, nous continuons à tester des exécutions sur la composition idéale des mortiers et sur l'apport d'armatures et de fibres, sans influencer le processus d'impression. Ces fibres en polypropylène sont essentielles pour limiter le retrait du béton et améliorer la résistance à la traction.»
Etib/Concrete House a aussi introduit une demande de permis de bâtir pour un nouveau hall de production, dans le but d'imprimer des éléments en béton. «Aux côtés de Vanhout à Geel, nous avons lancé une étude de marché dans laquelle nous sondons l'intérêt pour la forme futuriste rendue possible par le béton imprimé.»
Des formes spéciales dans les travaux de construction peuvent être à présent déjà réalisées avec, par exemple, un béton cellulaire qui est scié dans les formes souhaitées. «C’est vrai, mais cela exige beaucoup plus de travail manuel que des éléments en béton imprimés et le recyclage des déchets est un travail logistique important.»
Robot de maçonnerie
D'autres techniques de construction nouvelles sont également développées. C'est ainsi que l'entrepreneur Ladrillo (Wortegem-Petegem) érige à Harelbeke une nouvelle habitation avec un robot de maçonnerie de Handsaeme Machinery (Izegem). Début avril, ils se mettent au travail dans un petit lotissement de Courcelles. Ce robot recueille les briques et les place à l'endroit correct. Handsaeme joue ainsi sur la pénurie de maçons bien formés en Flandre.
«Cette idée nous a été donnée par deux jeunes entrepreneurs, Jens Verbrugge et Thibo Lidou», indique le chef d'entreprise Olivier Handsaeme. «Dans un contexte traditionnel, vous devez, pour un tel bâtiment, faire appel à sept maçons, mais grâce au robot, deux maçons suffisent. Ils doivent simplement mettre le mortier au bon endroit et placer les briques sur un plateau.» Il espère un jour pouvoir développer un robot qui applique aussi le mortier. «Les robots de maçonnerie amélioreront surtout les conditions de travail. Se coltiner de lourdes briques appartiendra au passé.»
Plus grande précision
Selon Handsaeme, le robot de maçonnerie parvient à une précision supérieure à celle des humains. «Grâce à cela, des fenêtres et des portes peuvent être réalisées au préalable et la totalité du processus de construction dure moins longtemps. Le robot ne tombe pas malade et ne prend pas de vacances. Le mauvais temps reste toutefois un problème, pas pour le robot, mais pour le ciment.» Il voit également un avantage par rapport à des murs préfabriqués maçonnés.
«Leur transport est coûteux et n'est possible que dans certaines dimensions et jusqu'à un poids défini. Leur production est plus coûteuse.» Il admet toutefois que la réduction de coûts possible grâce à un robot reste limitée. En pratique, il faut vaincre de nombreux problèmes.
«Je pense au travail à des températures différentes, ce qui fait que la dilatation de la machine est différente. Ou au ciment qui, en raison de sa pression, va modifier la position des briques. Au cours du développement du robot, nous avons donc dû nous creuser les méninges avec des maçons expérimentés de manière à pouvoir intégrer leurs connaissances professionnelles.» Il a fallu environ un an et demi avant que le robot ne soit au point.
Demi-briques
Handsaeme sait que dans le monde, d'autres expériences de ce type ont lieu. «Par exemple, aux États-Unis et en Australie. Mais notre robot est le seul qui place en même temps les murs intérieurs et extérieurs (avec vide d'air et couche d'isolation).» Actuellement, le robot peut uniquement maçonner en appareil à demi-briques. «Il pourra exécuter d'autres appareils de maçonnerie dès que le logiciel correct aura été rédigé à cet effet.»
Par Koen Mortelmans
Cadre: Toboggan aquatique
Actuellement, Van Roey construit à Deurne un nouveau site Sportoase, comportant un toboggan aquatique long et sinueux. Les éléments en béton imprimés sur mesure y font office de coffrage perdu. Si l'imagination, l'inspiration et le dessin sont flamands, pour l'impression et les éléments incurvés, avec des dimensions individuelles, Van Roey a dû s'adresser à un fabricant de béton au-delà de la frontière, à Eindhoven. «La réalisation de murs incurvés est traditionnellement très coûteuse, avec de nombreuses pertes de matériau dans la réalisation du coffrage», indique Jona Michiels, process manager innovation chez Van Roey.
«Étant donné que sur le papier, il s'agissait simplement d'un coût supplémentaire limité, ce projet se prêtait bien comme cas test. Le supplément de frais semblait être plus élevé au cours de la phase de chantier. Cela est normal pour une première expérience. Nous examinons aujourd'hui dans quelles applications nous pourrions appliquer à nouveau l'impression de béton. Mais nous adoptons provisoirement une attitude d'attente. Pour d'autres projets, les coûts (comme les étais supplémentaires) ne pèsent pas lourds vis-à-vis des avantages. En outre, l'usine ne peut imprimer actuellement que des éléments jusqu'à une hauteur de 1,5 m. Les imprimer en deux phases entraîne des faiblesses sur la ligne de séparation entre les phases, suivies par des dommages pendant le transport. Éventuellement, un agencement de l'imprimante sur un endroit surélevé réglable peut diminuer la limitation du volume. Une autre option consiste à imprimer les éléments sur le chantier à l'aide d'une imprimante 3D spécialement équipée à cet effet.»
