Robots de construction : répondre à la pénurie de main-d'œuvre par l'innovation

Face à la pénurie croissante de main-d'œuvre, l'industrie de la construction se tourne de plus en plus vers les robots. Découvrez ce que sont les robots de construction et ce qu'ils peuvent accomplir.

Un secteur en quête de productivité

Les dépenses mondiales annuelles en biens et services liés à la construction sont estimées à environ 10 000 milliards de dollars en 2021. Le secteur représente environ 13 % du PIB mondial. Pourtant, la croissance de la productivité dans ce domaine n'a été que d'environ 1 % par an au cours des 20 dernières années, selon une étude du McKinsey Global Institute. Le bâtiment a été lent à adopter l'automatisation, notamment en raison de la complexité des chantiers qui a rendu l'automatisation difficile. La technologie n'était pas encore à la hauteur du défi.

Le nombre de fournisseurs proposant des solutions robotiques pour la construction reste limité. Les robots ne peuvent actuellement gérer que certaines tâches spécifiques. Cependant, de nombreuses applications ont atteint un stade de maturité technologique. Cet article explore les robots de construction à travers les thématiques suivantes :

• Robots de maçonnerie
• Robotique pour le ligaturage d'armatures
• Robots de finition de plaques de plâtre
• Robots de peinture pour la construction
• Traçage automatisé architectural et structurel
• Robotique d'inspection de chantier
• Engins de terrassement autonomes
• Comment choisir le robot de construction idéal pour votre organisation

Robots de maçonnerie

La maçonnerie est un métier éprouvant. Les études sectorielles montrent que les maçons ont le taux de blessures le plus élevé parmi les ouvriers du bâtiment. Les maçons robotiques peuvent réduire ces taux de blessures et augmenter la productivité de 400 % ou plus, selon une étude de l'Université d'État Polytechnique de Californie.

Le robot saisit la brique, applique automatiquement le mortier et la met en place avec une grande précision. Le robot ne remplace pas le maçon humain : une personne travaille avec la machine pour nettoyer l'excès de mortier et améliorer l'aspect final. Le résultat net est une augmentation remarquable de la production combinée à une qualité supérieure, tout en rendant le travail des ouvriers moins pénible.

Une autre approche consiste simplement à aider le maçon pour le levage. Le fournisseur fournit une petite grue de chantier qui assiste le maçon dans la mise en place de blocs de ciment lourds. Les ouvriers accomplissent davantage avec moins de fatigue et un risque de blessure réduit.

Bien que peu de fournisseurs proposent des solutions de maçonnerie robotique, ils ont prouvé la technologie en conditions réelles et elle semble prête à être déployée à grande échelle.

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Robotique pour le ligaturage d'armatures

Les structures en béton armé nécessitent que les barres d'armature soient ligaturées entre elles avec du fil. Cette opération n'augmente pas la résistance structurelle ; elle maintient simplement les barres en place lors du coulage du béton. Bien que nécessaire, c'est un travail pénible et répétitif. Son automatisation est une application idéale pour des robots équipés de vision. L'équipement robotique circule sur des rails de chaque côté du pont. Selon Advanced Construction Robotics, leur Tybot peut réaliser 1 100 ligatures par heure.

Actuellement, cette technologie n'existe que pour les ponts et le nombre de fournisseurs semble se limiter à un seul. Les entreprises de construction doivent attendre des robots capables d'effectuer cette tâche pour d'autres types de structures.

Robots de finition de plaques de plâtre

Les ouvriers qui finissent les plaques de plâtre présentent un taux élevé de blessures professionnelles. Les agences gouvernementales américaines rapportent que les poseurs de plaques de plâtre souffrent le plus souvent de surmenage et de chutes. C'est aussi un travail poussiéreux et salissant.

Les premiers résultats d'automatisation de cette tâche sont très prometteurs. Le robot d'un fournisseur peut finir les plaques de plâtre au niveau 5+, le niveau le plus élevé de lissage et d'aspect. Cependant, le robot n'est pas totalement autonome. Un ouvrier guide le robot, l'amène sur la zone de travail et l'équipe du bon effecteur terminal. Grâce à la vision par ordinateur assistée par IA, le robot peut appliquer la bande et l'enduit, puis poncer le mur en capturant 99,9 % de la poussière. La capture de poussière rend le lieu de travail plus sûr et plus agréable.

Un seul ouvrier peut gérer plusieurs machines de finition de plaques de plâtre simultanément. Actuellement, ce système robotique n'est disponible que dans une zone géographique limitée. Maintenant que le concept est éprouvé, il est probable que davantage de fournisseurs de robotique entrent sur ce marché.

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Robots de peinture pour la construction

Les robots de peinture sont utilisés depuis de nombreuses années dans l'industrie automobile. Ils commencent maintenant à s'imposer dans le secteur de la construction.

Pour la peinture intérieure, un bon nombre de fournisseurs proposent des solutions. Les robots sont alimentés par batterie et leur bras robotique peut atteindre le sommet de la plupart des murs. La peinture des plafonds, particulièrement pénible pour les humains, ne pose aucun problème aux robots peintres.

Les robots de peinture intérieure sont équipés de caméras et de scanners. Ils scannent les surfaces à peindre, puis opèrent sans intervention humaine. Une personne doit néanmoins superviser l'opération, recharger la peinture et positionner le robot avant de le démarrer. Un seul opérateur peut surveiller plusieurs robots, amplifiant le gain de productivité.

Les robots de peinture intérieure peuvent également appliquer d'autres matériaux, comme un enduit ignifuge (mélange de laine de roche et de ciment), une tâche désagréable et risquée pour la santé. L'utilisation de robots réduit les risques sanitaires et rend le travail plus facile et plus rapide.

Pour la peinture extérieure, les choix sont peu nombreux. Des drones ont été proposés et testés, mais il ne semble pas exister de solutions commerciales. Des robots de peinture extérieure capables de grimper aux murs sont en développement : ils utilisent le vide pour adhérer à la paroi.

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Traçage automatisé architectural et structurel

L'automatisation du traçage d'un bâtiment offre un fort potentiel d'augmentation de la productivité.

Les architectes modernes utilisent la modélisation des informations du bâtiment (BIM) pour les grandes structures. Le BIM crée un modèle 3D complet du bâtiment. Au moment opportun, les ouvriers réalisent le plancher de rez-de-chaussée. Un charpentier doit alors tracer un plan au sol indiquant où positionner les murs. Les outils actuels pour ce traçage sont le mètre ruban et le cordeau à tracer. Les équipes utilisent ces lignes comme guide. Ce processus est à la fois chronophage et source d'erreurs. Une erreur de seulement un centimètre peut entraîner l'inadaptation d'un meuble ou d'un équipement dans une pièce, ce qui peut coûter très cher.

Une méthode automatisée de traçage au sol existe désormais. Voici comment elle fonctionne : d'abord, le BIM du bâtiment est téléchargé vers un robot mobile autonome (AMR). L'AMR se déplace sur le plancher en béton et trace les lignes indiquant la position exacte des murs. Le robot imprime également l'emplacement des ouvertures pour la mécanique, l'électricité et la plomberie (MEP), les étiquette et ajoute d'autres informations utiles.

Selon un chef de chantier de Swinerton, une entreprise de construction commerciale aux États-Unis, ce type d'AMR peut réduire le temps de traçage d'une semaine à deux jours. Les charpentiers doivent créer un traçage pour chaque étage d'un immeuble de grande hauteur, donc les gains de temps peuvent être considérables.

La technologie robotique appliquée au traçage de bâtiment réduit les erreurs et accélère les délais.

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Robotique d'inspection de chantier

L'utilisation de robots pour l'inspection est courante dans de nombreux secteurs, et l'industrie de la construction commence à suivre la tendance. Plusieurs fournisseurs proposent des robots d'inspection pour la construction.

À l'intérieur des bâtiments, les entreprises peuvent déployer des rovers robotiques sur roues. Pour l'inspection extérieure, les entrepreneurs peuvent utiliser des drones aériens.

De nombreux projets de construction concernent des infrastructures comme les routes et les ponts. Le chantier s'étend sur une grande surface. Les drones aériens peuvent survoler l'ensemble du site, prendre des photos et enregistrer des vidéos. Ils peuvent facilement atteindre l'altitude nécessaire. Obtenir une vue d'ensemble régulière donne aux planificateurs les informations nécessaires pour repérer les problèmes. Sans drone, une telle inspection est coûteuse, difficile, voire économiquement non viable.

La détection précoce des erreurs permet de réduire les dépassements de coûts. Une IA avancée peut compiler des analyses détaillées de coûts et de délais, permettant une évaluation précise de l'avancement du projet. Les données fournies par le drone sont cruciales.

Les robots mobiles autonomes (AMR) peuvent circuler à l'intérieur des bâtiments. Certains utilisent des roues, d'autres des pattes. Équipés de scanners laser, les AMR peuvent effectuer et enregistrer des mesures précises. Les ingénieurs du bâtiment peuvent comparer les dimensions réalisées à leurs plans. Détecter les erreurs plus tôt plutôt que plus tard fait une énorme différence : cela réduit les coûts et maintient le projet dans les délais.

L'inspection robotique améliore également la sécurité. Elle montre où les débris ou autres conditions peuvent créer un danger. Les AMR peuvent accéder à des zones trop dangereuses ou trop étroites pour les humains.

Divers types de mesures sont possibles. Les planificateurs peuvent équiper les AMR de capteurs thermiques. L'instrumentation par ultrasons peut détecter les fuites de gaz. L'équipement de mesure de radiations peut révéler des conditions dangereuses.

En résumé, l'inspection de chantier est un domaine de la construction pour lequel les robots existent et offrent de nombreux avantages, avec un nombre substantiel de fournisseurs disponibles.

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Engins de terrassement autonomes

Les véhicules de construction autonomes ne sont pas encore largement utilisés. En 2021, ils représenteront moins de 1 % des ventes mondiales d'équipements de construction. Mais la croissance de ce secteur est exponentielle : la taille du marché devrait doubler dans les deux prochaines années.

L'Association des fabricants d'équipements fournit certaines des statistiques présentées ici. Les grands fabricants ont massivement investi dans la création d'engins de terrassement autonomes. La plupart de ces équipements sont actuellement concentrés dans l'industrie minière, où ils sont bien établis. En mars 2021, Caterpillar a annoncé avoir transporté plus de deux milliards de tonnes au cours des six dernières années, ses véhicules autonomes ayant parcouru plus de 42 millions de miles sans accident avec arrêt de travail. Les équipements autonomes de Komatsu ont transporté plus de trois milliards de tonnes.

Au vu de ces résultats, la technologie semble prête pour la construction. Les obstacles à surmonter ne sont peut-être pas technologiques, mais économiques.

Sur le plan économique, d'autres fournisseurs ont adopté une approche différente : ils proposent des services de rétrofit pour convertir des engins de terrassement manuels en véhicules autonomes. Le fournisseur installe l'IA, les capteurs et l'équipement de contrôle dans les machines existantes. Le rétrofit évite le coût élevé d'achat de nouveaux équipements.

Une autre approche pour réduire le coût d'entrée est la location. En louant, le client peut tester l'équipement et évaluer son retour sur investissement avant d'acheter.

D'autres niveaux d'automatisation s'infiltrent dans les équipements de construction. Les tâches nécessitant une haute précision bénéficient de fonctions d'assistance. Par exemple, les niveleuses doivent avoir leurs lames réglées avec précision. Le conducteur doit effectuer de nombreux ajustements. Désormais, cet équipement intègre une unité GPS cinématique en temps réel (RTK). La lame s'ajuste automatiquement et s'adapte au terrain.

De nouvelles fonctions de sécurité permettent aux conducteurs inexpérimentés d'utiliser des équipements coûteux avec bien moins de risques. Caméras et systèmes d'avertissement de collision préviennent les accidents. Accéléromètres et autres capteurs fournissent des systèmes d'alerte précoce contre le basculement.

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Comment choisir le robot de construction idéal pour votre organisation

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Si vous cherchez à automatiser une tâche dans la construction, vous pouvez obtenir des propositions de solutions sur mesure de la part de divers fournisseurs. Décrivez simplement votre projet et commencez à recevoir des réponses.

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