Matériaux utilisés dans les maisons préfabriquées

Les maisons préfabriquées (maisons préfabriquées) sont des maisons spécialisées où les composants sont construits hors site en sections standard pour être assemblés et finis sur place. En tant qu'alternative aux techniques de construction traditionnelles, cela constitue une méthode de construction plus rapide avec moins de déchets et une empreinte environnementale moins négative. Les maisons préfabriquées peuvent être désignées de plusieurs façons, y compris les maisons préfabriquées, les maisons modulaires et les maisons modulaires.

L'industrie de la construction de Hong Kong, par exemple, génère des déchets jusqu'à 40 % des apports totaux des décharges, et la construction préfabriquée comme alternative devrait réduire ces déchets de près de 85 %. C'est aussi un moyen de construction plus rapide, comme en témoigne une entreprise de construction chinoise, qui a érigé une structure de 57 étages en 19 jours en 2015 en utilisant cette méthode [1].

En raison de la nature des exigences relatives aux maisons préfabriquées, les matériaux utilisés doivent répondre à certains critères, tels que la durabilité et la légèreté. Cependant, tous les éléments d'un bâtiment ne doivent pas être pris en compte pour la préfabrication. Seuls les composants spécifiques qui constituent l'essentiel de la construction et des aménagements intérieurs d'un bâtiment peuvent être préfabriqués, tels que les murs, les sols, les toits, les placards et les étagères.

Dans cet article, vous découvrirez :

• Ce que sont les maisons préfabriquées
• Matériaux utilisés dans les maisons préfabriquées
• Tendances futures des maisons préfabriquées

Que sont les maisons préfabriquées ?

Les maisons préfabriquées sont des maisons dont les composants ont été construits hors site avant assemblage/installation à leur emplacement final. La fabrication de ces composants se fait dans un environnement contrôlé; le plus souvent, une usine. Les principes directeurs des maisons préfabriquées sont [2] :

1. Industrialisation et production de masse

Les maisons préfabriquées peuvent être produites en série car les composants peuvent être construits relativement plus rapidement que la construction sur site. Cela représenterait un changement dans l'orientation et l'infrastructure de la construction, passant de la production de matières premières telles que le ciment, le sable et les poutres en I, à la production de composants modulaires tels que les panneaux préfabriqués et le contreplaqué.

2. Rapidité et prix abordable

Les maisons préfabriquées sont moins chères que les maisons ordinaires en raison du temps et des efforts économisés par rapport à la construction traditionnelle. Le temps consommé est plus souvent concentré sur la fabrication des composants que sur leur assemblage.

3. Personnalisation et durabilité

La conception des maisons préfabriquées nécessite que les composants s'adaptent de manière à permettre un degré raisonnable de personnalisation. De plus, les processus utilisés dans la construction et l'assemblage doivent avoir le moins d'impact possible sur l'environnement.

En un mot, les avantages des maisons préfabriquées incluent :

• coûts globaux relativement inférieurs
• contrôle qualité simplifié
• construction plus rapide et plus sûre
• moins de gaspillage et récupération de valeur grâce au démontage plutôt qu'à la démolition

Les inconvénients se concentrent sur leur résistance et leur stabilité réduites, ce qui est très préoccupant en cas de catastrophe naturelle et même pendant le transport des segments préfabriqués du site de fabrication au site d'installation [3].

Matériaux utilisés dans les maisons préfabriquées

Plusieurs matériaux sont utilisés dans les maisons préfabriquées, comme le béton, le bois et les métaux [4]. Ici, nous examinons certains de ces matériaux et leur efficacité d'utilisation.

Béton

L'utilisation du béton comme matériau de construction est déjà bien documentée. Cependant, son utilisation pour les maisons préfabriquées prend une dimension différente car d'autres considérations sont impliquées. Il est possible de réaliser des structures robustes avec des profils très complexes grâce à l'utilisation de moules. Les panneaux de béton préfabriqué peuvent également être utilisés dans de plus grandes constructions à plusieurs étages qui peuvent constituer les blocs de construction. Les matériaux eux-mêmes peuvent être formulés pour répondre à certaines exigences, telles que la légèreté (il existe des formulations de béton qui peuvent flotter sur l'eau) et la résistance aux fluctuations de température. Des additifs tels que l'oxyde de graphène peuvent être ajoutés au béton pour en faire un matériau plus durable.

Bois

Le bois est un autre matériau couramment utilisé dans les maisons préfabriquées. Il peut être utilisé tel quel, sous la forme de "bois lourd", qui fait référence aux structures de colonnes et de poutres, ou sous la forme de "bois massif", qui fait référence à son utilisation comme systèmes de panneaux (une combinaison de bois et d'autres matériaux). La résistance au feu du bois est souvent un sujet de préoccupation, mais les systèmes en bois peuvent être conçus pour avoir une bonne résistance au feu en raison de la carbonisation ablative qui se forme lors de l'exposition au feu. Le bambou est un matériau de construction courant qui peut également être adapté pour être utilisé dans les maisons préfabriquées. Le bois peut également être transformé en composites qui ont de bonnes propriétés matérielles, même comparables aux aciers. Des exemples de ces matériaux en bois comprennent le bois lamellé-croisé (CLT), le bois lamellé-collé (GLULAM) et le bois en placage stratifié (LVL). Ce sont essentiellement plusieurs sections de feuilles de bois collées ensemble de telle sorte qu'il n'y ait pas de lignes de fil continues pour l'initiation ou la propagation de défauts/fissures.

Acier

L'acier est un matériau de construction courant utilisé comme cadres de support (poutres en I et colonnes), planchers et murs pour les bâtiments modulaires. Il peut être utilisé en conjonction avec des matériaux ou comme la majeure partie des matériaux de construction, comme dans l'adaptation de conteneurs d'expédition. La recherche suggère que les structures de logement en acier peuvent être construites jusqu'à dix étages ou même plus.

Les avantages de l'acier sont son rapport poids/résistance relativement faible, sa facilité de transport et sa recyclabilité. En revanche, ses inconvénients incluent une mauvaise isolation, des performances acoustiques inférieures à la moyenne et le fait que l'utilisation de l'acier à cette fin l'exclut potentiellement de la boucle de recyclage.

Verre

Le verre est un matériau hautement personnalisable pour plusieurs fonctions du bâtiment. Plusieurs types de verre sont utilisés dans la construction, notamment le verre trempé, le verre feuilleté, le verre renforcé thermiquement et le verre armé. Le verre peut apporter des propriétés utiles, telles qu'une résistance élevée, une isolation, une résistance chimique et une résistance au feu. Le verre a également une qualité esthétique unique et est entièrement recyclable, un thème commun des maisons préfabriquées.

Matériaux recyclés et récupérés

Les matériaux recyclables comprennent certains des matériaux de construction traditionnels, tels que le béton, les panneaux de gypse et l'acier. Ils comprennent également d'autres matériaux, comme l'isolant cellulosique, les carreaux de plafond, les plastiques, les carreaux de céramique ou de porcelaine et l'isolant en fibre de verre. Tous ces matériaux peuvent être utilisés pour construire des maisons préfabriquées.

Le défi de l'utilisation de ces matériaux est que certains d'entre eux ne disposent pas d'un approvisionnement régulier et ne peuvent pas être utilisés de manière cohérente. Certains de ces matériaux peuvent également être toxiques ou nocifs pour les résidents à long terme et doivent donc être soigneusement étudiés s'ils correspondent à l'objectif.

Les maisons préfabriquées contribuent à la durabilité

La préfabrication modulaire s'est avérée être un processus offrant de nombreux avantages durables par rapport aux approches conventionnelles. Outre les aspects évidents tels que la réduction des déchets et la baisse de la consommation d'énergie sur site, de nombreux facteurs jouent leur rôle dans la durabilité des maisons préfabriquées, en particulier dans la phase de construction. Ses performances durables ont été évidentes lorsqu'il s'agit de traiter les problèmes de déchets de construction, d'options esthétiques, de perturbation du site, de consommation d'eau et de génération de pollution.

Pour évaluer correctement la durabilité de la construction préfabriquée - et de la construction en général - toutes les phases de construction, d'exploitation et d'entretien d'un bâtiment tout au long de son cycle de vie doivent être prises en compte.

Une étude de 2019 sur les performances durables des bâtiments modulaires préfabriqués a extrait 16 indicateurs dans les dimensions économiques, sociales et environnementales à comparer aux performances des bâtiments conventionnels. Les résultats ont montré que la construction préfabriquée avait beaucoup moins d'impact sur l'environnement, notamment en termes d'émissions, d'énergie et de consommation d'eau. La construction préfabriquée présentait également des avantages économiques, car elle réduisait la quantité d'acier, de béton et de coffrage utilisés dans la construction traditionnelle de 60 %, 56 % et 77 %, respectivement [5].

Comment la fabrication additive peut aider à construire des maisons préfabriquées

La fabrication additive (FA) a été principalement considérée comme une technologie limitée aux petits produits difficiles à mettre à l'échelle pour des conceptions plus importantes. Les nouvelles technologies font des percées non seulement dans l'utilisation de la FA pour la conception à grande échelle, mais aussi dans son utilisation pour la construction.

Le défi majeur, cependant, est de formuler un matériau qui possède des propriétés adaptées à l'impression 3D et qui se traduira par un bâtiment suffisamment solide. Les matériaux à base de ciment, les polymères et les métaux font partie des matériaux qui peuvent être modifiés pour la fabrication additive.

La construction via la fabrication additive peut réduire considérablement les coûts de construction car elle génère moins de déchets et demande moins de main-d'œuvre. Certains bâtiments emblématiques ont déjà été construits à l'aide de la technologie AM, notamment un immeuble de bureaux à Dubaï, un pont à Amsterdam et un hôtel à Manille, entre autres [6].

Dubaï, Émirats arabes unis – 15 juin 2018 :le premier bâtiment imprimé en 3D entièrement fonctionnel au monde sur du gazon vert

Tendances futures des maisons préfabriquées

Même si toute l'idée des bâtiments préfabriqués est encore assez nouvelle, il existe de nouvelles possibilités passionnantes dans l'industrie. En termes de matériaux utilisés, d'autres matériaux sont envisagés, tels que les fibres de carbone pour la fabrication de structures fibreuses et les plastiques spéciaux utilisés pour l'impression 3D de grandes structures. En termes d'exécution, des technologies robotiques sont en cours de développement qui peuvent réduire l'intervention humaine au minimum et terminer la construction hors site via des données provenant de programmes informatiques tels que Building Information Modeling (BIM) [2].