15 mai 2018

Le futur bâti par des robots architectes

La maison du futur sera fabriquée presque totalement grâce au numérique. C'est sur ce projet pas si fou que travaille le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) à Dübendorf (ZH).

construction numérique
Le robot Spatial Timber Assemblies est programmé pour monter des structures en bois. (Photos: Catherine Leutenegger)
Temps de lecture 5 minutes

D’ici vingt ans, quelque trois milliards d’êtres humains supplémentaires peupleront notre planète. Écologie, transports, mode de vie, exploitation des surfaces, eau, nourriture: les défis s’avèrent considérables, d’autant plus dans le contexte du réchauffement climatique. Tous les aspects de la vie sont concernés, aussi notre habitat: à quoi ressemblera-t-il demain? En Suisse comme dans de nombreux autres pays, comment absorber l’augmentation de la population en zone urbaine tout en conservant un équilibre écologique supportable pour le territoire? Comment rendre les bâtiments moins gourmands en énergie et en occupation du sol?

La domotique commence à aider à la mise en place d’une gestion efficace de la production de chauffage, d’eau chaude ou de lumière en fonction de l’heure ou de la météo. Toitures et façades deviendront dans un avenir proche autant de réceptacles d’énergie à stocker. À l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en collaboration avec d’autres, le Laboratoire d’architecture et de technologies durables (Empa) réfléchit par exemple à la diminution des déplacements pendulaires ou à la réduction de l’impact des constructions sur le territoire. À Dübendorf (ZH), au sein de l’Empa et de l’Institut fédéral pour l’aménagement, l’épuration et la protection des eaux (Eawag), se trouve la plateforme modulaire NEST, entièrement dédiée à la recherche et aux innovations dans le domaine de la construction et de la production d’énergie. Autant de technologies novatrices qui peuvent être testées sur place en temps réel. Parmi les projets en cours, celui de la DFAB House. Lancé au printemps 2017, il devrait être achevé à la fin de l’automne 2018. «Il s’agit d’un bâtiment habitable qui a été dessiné, planifié et construit en utilisant principalement des processus numériques», explique le professeur Matthias Kohler, de la chaire d’architecture et construction numérique de l’École polytechnique de Zurich (ETHZ), qui travaille avec sept autres chercheurs et plusieurs partenaires industriels pour déterminer dans quelle mesure «les technologies numériques peuvent rendre la construction plus efficace et plus pratique».

Il s’agit d’un bâtiment habitable qui a été dessiné, planifié et construit en utilisant principalement des processus numériques

Matthias Kohler

Douze ans pour une maison

Ici, des robots bâtissent des murs ondulés et des plafonds complexes en utilisant moins de béton grâce à une imprimante 3D. Dans six mois, ce seront trois étages qui auront été construits, ce qui concrétisera la première étape d’un vaste programme de recherche étalé sur douze ans et soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.

Ainsi, au sein de la DFAB House, cinq méthodes de construction expérimentales sont pour la première fois testées en application architecturale. Par ordre chronologique, il y a d’abord la Mesh Mould Technology, qui a été primée par le prestigieux Swiss Technology Award fin 2016: un robot constructeur de 2 mètres de haut, répondant au nom d’In situ Fabricator et qui bouge de manière autonome grâce à ses chenilles, et cela même dans un environnement changeant. Il fabrique un mur porteur au profil unique à double cambrure, comme un mur ondulé, grâce à des mailles d’acier inoxydable qui servent à la fois de coffrage et de renforcement du béton injecté à l’intérieur. En effet, ce maillage très dense combiné à une composition optimisée du béton permet que ce dernier reste emprisonné à l’intérieur du grillage. Cette technologie peut ainsi donner lieu au façonnement de structures à la géométrie complexe. Un autre avantage est qu’on évite les pertes de matière première comme c’est le cas avec les méthodes actuelles.

D’autres avancées rendues possibles dans la foulée

Tout aussi étonnante, la technologie dite du Smart Dynamic Casting, qui est utilisée pour la façade du rez-de-chaussée: «Un robot automatisé façonne le coffrage des façades de manière à la fois autonome et adaptable. Il permet la préfabrication de structures portantes grâce à un coffrage significativement plus petit que la façade produite.» Le coffrage progresse en s’adaptant constamment, ce qui permet au béton d’être façonné au moment même où il se constitue en se durcissant.

Grâce à un autre procédé, le Smart Lab, l’impression en 3D crée un plafond plus de la moitié plus léger qu’un élément construit de façon classique. Soit moins de matériaux – et donc d’énergie – dépensés et une baisse drastique des coûts de construction. Enfin, le Spatial Timber Assemblies, un robot, est à l’œuvre en ce moment et fabrique une structure en bois. «Tout cela créera, nous l’espérons, une nouvelle culture de la construction numérique, dans un dialogue fécond entre l’homme et la machine. Des matériaux traditionnels tels que le bois, la brique ou le béton sont utilisés de façon inédite, augurant de nouvelles expressions de l’architecture.»

Flexibilité du design, économie du matériel, efficacité en temps et en coûts: autant d’avantages inhérents à cette chaîne numérique de planification et de construction. «Une fois terminée, la DFAB House sera observée sur le long terme, et nous vérifierons les performances énergétiques tout en évaluant le confort d’habitation.» Autant d’éléments qui rapprocheront du concret ce qui appartient aujourd’hui encore un peu à de la science-fiction. 

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