Révolutionner la construction : l'impression 3D accélère et réduit les coûts

L'industrie de la construction change, grâce à l'impression 3D qui rend la construction de bâtiments et d'autres structures moins chère et plus rapide en automatisant les processus de construction à l'aide de solutions robotiques extrudant du béton. Au cours des cinq dernières années, l'impression 3D de construction (3DCP) a commencé à rattraper la prolifération des applications de fabrication additive et les améliorations observées dans d'autres industries comme la santé et l'industrie, transformant fondamentalement l'une des plus grandes industries du monde.

Comprendre l'industrie de l'impression 3D de construction

Les imprimantes 3D utilisées pour la construction se divisent généralement en deux catégories : les configurations de type portique et les bras robotiques, la première étant la solution dominante pour l'impression sur site de structures de bâtiments entiers. De plus, les acteurs de l'industrie de l'impression 3D de construction sont classés en étant soit uniquement des fournisseurs de technologie (comme COBOD International) ; soit des fournisseurs clés en main de construction de bout en bout qui agissent aussi comme entrepreneurs, utilisant leurs propres matériaux propriétaires ; soit même comme entrepreneurs généraux qui gèrent la construction complète de nouveaux bâtiments du début à la fin.

L'utilisation de l'impression 3D de construction a connu une croissance rapide au cours des cinq dernières années, non seulement en termes de bâtiments construits, mais aussi quant au type de bâtiments ou structures réalisés. Pour n'en citer que quelques exemples d'applications 3DCP, les machines de COBOD seules ont été utilisées par ses partenaires pour imprimer des bâtiments d'un, deux et trois étages jusqu'à 4 100 ft² (ex: groupe PERI). Ils ont construit des écoles (Holcim/14 Trees), des bases de tours d'éoliennes à 30 ft (GE Renewable Energy), et de nombreuses autres structures sur six continents.

Pour le logement résidentiel, qui a été le domaine d'intérêt principal jusqu'à présent, la 3DCP couvre jusqu'à un maximum de 45 % du coût total de construction du bâtiment. C'est parce que certains types de coûts ne peuvent pas encore être adressés par la technologie d'impression : ceux-ci incluent les finitions/surfaces, fenêtres, portes, et composants cachés comme la mécanique, l'électricité ou la plomberie. Pour des applications plus commerciales et industrielles comme les tours d'éoliennes, la technologie couvre un pourcentage beaucoup plus élevé, jusqu'à 80 % du coût total.

Avec le marché de la 3DCP encore à ses débuts, les estimations de taille de marché pour l'industrie sont encore trop prématurées pour être fiables. Cependant, en raison de la taille du marché de la construction, si la 3DCP était utilisée sur seulement 0,01 % des chantiers de construction, la taille du marché serait encore massive.

Pourquoi l'impression 3D de construction décolle-t-elle ?

Il y a quatre avantages clés de la 3DCP : automatisation, vitesse, durabilité améliorée, et liberté de conception accrue. Ici, je ne toucherai qu'aux deux premiers avantages.

Automatisation réduisant les coûts : L'industrie de la construction est parmi les moins automatisées/numérisées de tous les secteurs avec un potentiel majeur d'augmentation de la productivité. De 1947 à 2010 aux États-Unis, la productivité a augmenté 8 fois dans la fabrication et 16 fois pour l'agriculture, tandis que la construction n'a vu presque aucun gain de productivité. En conséquence de cela et d'autres facteurs, le coût d'acquisition d'une maison a augmenté de manière dramatique ces dernières années, générant partiellement un décalage de plus en plus grand entre l'offre et la demande, les États-Unis seuls faisant face à un déficit de quatre millions de maisons. La situation s'aggrave últimement par des augmentations dramatiques des prix des matériaux (ex: bois et acier) et un manque général de main-d'œuvre qualifiée. Bien que la 3DCP seule ne puisse pas résoudre tous ces problèmes structurels, l'automatisation des processus réduit les coûts en adressant la pénurie de main-d'œuvre, les imprimantes ne nécessitant que 3 personnes pour fonctionner. Dernièrement, des solutions ont aussi été développées, entre autres par COBOD, permettant d'utiliser du béton ordinaire pour la 3DCP (au lieu des mortiers plusieurs fois plus chers), parmi les matériaux de construction les moins chers au monde.

Vitesse améliorée pour une exécution de projet plus rapide : En raison de l'expérience accrue dans la maîtrise de l'utilisation de la technologie 3DCP par de plus en plus d'entreprises, nous ne sommes pas loin de voir les murs d'une maison typique de 2 000 ft² être imprimés en 3D en aussi peu que cinq jours ouvrables. Faire la même chose avec des méthodes conventionnelles comme l'ossature en bois ou la maçonnerie prendrait considérablement plus de temps et impliquerait plus de travailleurs. Comme exemple de la courbe d'apprentissage facile de la 3DCP, en 2020, il a fallu à notre partenaire PERI Group 36 jours pour imprimer en 3D leur premier bâtiment, une maison de 2 étages de 1 700 ft² en Allemagne. Cela équivaut à environ 50 ft² par jour. Lorsqu'ils ont terminé leur second projet quelques mois plus tard, un immeuble de 3 étages de 4 100 ft² à cinq appartements beaucoup plus grand, ils ont réduit le temps d'impression à seulement 21 jours, équivalant à environ 200 ft² par jour. Ils ont quadruplé leur productivité du premier au second projet. Combien plus loin réduiront-ils le temps d'impression lors de leur 10e projet ? Et le projet numéro 100 ? Avec juste un doublement de la productivité — et cela semble hautement probable basé sur les résultats jusqu'à présent — la cible de cinq jours ouvrables pour un bâtiment de 2 000 ft² sera bientôt atteinte.

L'avenir de l'impression 3D dans la construction

La 3DCP fait naturellement face à des obstacles pour libérer son plein potentiel, comme la mise à jour des codes/standards de construction et la formation de la main-d'œuvre. Cependant, nous sommes certains que la technologie fera passer l'industrie de la construction d'une courbe S technologique à la suivante, apportant avec elle les avantages susmentionnés et plus.

Comparez les premiers ordinateurs portables et téléphones mobiles des années 1980 avec leurs homologues d'aujourd'hui : la 3DCP embarquera sur un parcours similaire d'amélioration et d'utilisation généralisée connu par ces autres technologies révolutionnaires, poussé par trois facteurs. Premièrement, les imprimantes deviendront plus fiables et plus rapides. Deuxièmement, les imprimantes 3D augmenteront en échelle, permettant des projets plus grands. Ainsi, il est probable que dans un an, nous commencerons à voir des imprimantes capables d'imprimer des bâtiments avec jusqu'à cinq, voire six étages. Troisièmement, de nouveaux cas d'utilisation seront développés, par ex., un focus plus grand sur les bâtiments et structures commerciaux, pas seulement le logement résidentiel, où la technologie 3DCP peut couvrir une part plus importante du coût total.