L'impression 3D a considérablement évolué depuis son déploiement dans les années 80. Nombreux sont les professionnels qui font désormais appel à cette technologie pour répondre à leurs besoins et à des problèmes concrets et l'architecture est un secteur qui n'y fait pas exception.
Ces dernières années, grâce à l'amélioration significative des techniques d'impression et de la technologie, les architectes ont déjà commencé à tirer avantage de cette méthode de construction révolutionnaire.
Dans ce billet, nous examinerons les raisons du développement de l'impression 3D dans l'architecture et l'intégration de la technologie de rendu en temps réel dans le processus de conception.
Développement de l'impression 3D dans l'architecture
Selon le rapport d'analyse de marché de juillet 2021 de Grand View Research, le marché mondial de la construction 3D devrait s'accroître de 91 % d'ici à 2028.
L'adoption croissante de méthodes de construction écologique est l'un des facteurs clé du développement de ce marché. Le secteur de la construction adopte de plus en plus l'impression 3D et des méthodes de construction écologique pour réduire les coûts et sortir de terre des bâtiments avec une meilleure efficacité énergétique.
Rapport d'analyse de marché de juillet 2021 de Grand View Research
Cette étude déclare également que : « l'implémentation de l'impression 3D apporte une grande précision, une meilleure efficacité, une réduction du coût de la main-d'œuvre et une construction plus rapide. »
Les Émirats arabes unis ont rapidement compris les avantages de l'impression 3D. Ils ont même déjà établi une stratégie qui les place à l'avant-garde en matière d'impression 3D. Leur but est de construire 25 % des nouveaux bâtiments à Dubaï grâce à l'impression 3D d'ici 2030.
Pour les États-Unis et le Vieux Continent, le nombre d'impressions 3D est également en augmentation. L'entreprise PERI GmbH a débuté la construction du plus grand complexe résidentiel imprimé en 3D en novembre 2020 en Allemagne. Ce projet démarre 2 mois tout juste après avoir achevé le tout 1er complexe résidentiel en Allemagne (qui a reçu le German Innovation Award du German Design Council). Aux États-Unis, des entreprises comme SQ4D et ICON commercialisent entre autres des maisons déjà imprimées en 3D.
Puisque l'impression 3D apporte une réponse efficace à certains des défis auxquels l'ensemble du secteur de l'AEC fait actuellement face, comme la construction de maisons abordables, de refuges pour les régions sinistrées et pour le développement durable, nous verrons certainement une augmentation de ce type de projets.
3 avantages de l'impression 3D pour l'architecture
Observons plus en détail certains des avantages de l'impression 3D pour l'architecture.
Réduire le coût de construction
L'impression 3D apporte une solution plus abordable par rapport aux techniques de construction classiques. Elle demande moins d'énergie, moins de main-d'œuvre et elle utilise également les matériaux à bon escient. Vous pouvez calculer précisément la quantité de matériaux nécessaires, réduisant ainsi vos déchets et vos coûts.
Des entreprises comme ICON construisent déjà des maisons en impression 3D pour un montant de 10 000 $ et souhaitent réduire davantage ce coût. Il est désormais possible de construire des maisons pour les personnes dans le besoin ou cherchant une solution de logement moins chère grâce à l'évolution de l'impression 3D.
Image avec l'aimable autorisation de ICON : maison pour SDF créée en impression 3D à Austin (Texas, États-Unis)
Construire pour durer
L'utilisation de l'impression 3D lors de la construction est plus respectueuse de l'environnement. Dans les constructions classiques, le béton est souvent le matériau privilégié. Cependant, les entreprises qui ont déjà adopté l'impression 3D se tournent vers des matériaux plus durables comme la terre crue, le bambou biodégradable et le thermoplastique recyclable.
C'est notamment le cas de l'entreprise spécialisée dans l'impression 3D WASP en Italie qui travaille en partenariat avec le cabinet Mario Cucinella Architects (MCA). Ils viennent de terminer le projet TECLA : un habitat éco-durable imprimé en 3D construit avec des matériaux recyclables et durables.
Nous souhaitons développer avec WASP un prototype imprimé en 3D innovant d'un habitat qui répond à l'urgence grandissante du changement climatique et aux nouveaux besoins de la population. Le secteur de l'architecture doit changer d'état d'esprit et se rapprocher davantage des besoins de la population. Il faut trouver une réponse pour la « Terre » dans la « terre ». Nous devons associer une architecture plus à l'écoute des besoins au déploiement de nouvelles technologies.
Mario Cucinella, architecte et patron du cabinet Mario Cucinella Architects
Image avec l'aimable autorisation de WASP : TECLA, une maison durable imprimée en 3D par WASP et Marcio Cucinella Architects
Construire plus vite
Autre avantage non négligeable de l'impression 3D : la vitesse de construction ! Vous pouvez imprimer une nouvelle maison en quelques jours et non plus en quelques mois comme avec les techniques classiques. Par exemple, YHNOVA, un projet de 95m2 en France conduit par Batiprint3D, l'Université de Nantes et d'autres partenaires a été réalisé en seulement 54 heures.
L'entreprise Mighty Buildings peut également imprimer une maison en 3D en seulement 24 heures ; nous y reviendrons plus en détail par la suite. En imprimant en 3D sur leur site de production plutôt que sur celui de construction et en employant leur matériau de construction léger en pierre spécialement conçu qui durcit rapidement sous une lumière UV, leur technique de construction est plus rapide que celles traditionnelles.
Cette impression rapide permet non seulement de proposer des coûts de construction faibles, mais également d'accélérer éventuellement la construction dans des pays devant répondre à une demande constante de maisons avec un budget limité ou agir dans des zones propices aux catastrophes naturelles où l'on doit construire rapidement des abris d'urgence ou de nouvelles maisons.
L'adoption de l'impression 3D par l'architecture
Comme nous avons pu le constater avec le partenariat entre MCA et WASP en Italie, certains bureaux d'architecture travaillent déjà en collaboration avec des spécialistes de l'impression 3D pour repousser les frontières de la conception et de la construction.
Lake|Flato, l'une de ces entreprises, a d'ailleurs remporté un prix aux États-Unis. Ils se sont récemment associés à ICON pour voir comment maximiser les avantages de l'impression 3D sur la construction, l'architecture et l'environnement. De cette collaboration est né le projet « House Zero » : une maison à énergie zéro, pratique, solide, 3 chambres et 610 m2 à Austin dans le Texas construite grâce à la technologie d'impression de dernière génération Vulcan fournie par ICON qui permet de construire plus grand (jusqu'à 915 m2) et plus vite par rapport à leurs modèles précédents.
Grâce au projet « House Zero », Lake|Flato a pu développer une philosophie de conception orientée sur la nature et l'humain dans un tout nouveau cadre. Notre équipe était ravie de concevoir cette maison du futur et d'explorer de nouvelles méthodes pour créer une demeure de haute performance qui met en avant le savoir-faire, la recherche d'une efficacité accrue et la simplification du flux de travail de la construction. La conception de cet habitat accueillant et pratique étend les possibilités de la technologie d'impression 3D et se démarque des conceptions réalisées jusqu'à présent.
Ashley Heeren, associé chez Lake|Flato
Image avec l'aimable autorisation de Lake|Flato : Rendu du projet « House Zero » par Lake|Flato et ICON
La technologie de rendu : un assistant de conception
Le bureau d'architecture Ehrlich Yanai Rhee Chaney Architects (EYRC) situé en Californie a également exploré cette méthode relativement nouvelle en architecture. EYRC s'est associé à Mighty Buildings, une entreprise spécialisée dans la technologie de construction située également en Californie, pour concevoir et imprimer une maison familiale et une UHA (Unité d'habitation accessoire).
Pour les assister dans la conception des éléments de ce projet, EYRC fait appel à la technologie de rendu en temps réel Enscape. Jessica Chang, associée et cheffe de pratique numérique, et Ji Won Nam, cheffe de projets chez EYRC, nous présentent le projet plus en détail.
« La maison familiale Mighty House et l'UHA conçues par les architectes de chez EYRC fait appel à la technologie d'impression 3D pour créer un foyer modulaire, avec zéro émissions nettes et abordable en partenariat avec Mighty Buildings. Cette ligne de produits comprend des maisons allant de 265 m2 à 440 m2. Pour ce faire, nous faisons appel au système Mighty Kit System. Il s'agit essentiellement d'un kit comprenant les différents matériaux comme des panneaux imprimés en 3D, des panneaux en verre, une salle de bain préfabriquée, une cuisine complète et toutes les finitions de l'intérieur à livrer et à assembler sur site », explique Ji Won Nam.
Image avec l'aimable autorisation de EYRC et Mighty House : maison familiale Mighty House et UHA conçues par les architectes de chez EYRC
« Dès le début du processus, nous avons pu utiliser Enscape pour partager nos intentions de conception avec l'équipe de chez Mighty Buildings. Par exemple, lorsque nous avons développé plusieurs textures imprimées en 3D striées sur la structure, les rendus créés avec Enscape se sont avérés essentiels pour comparer les différents effets d'ombres. Nous avons également fait appel à Enscape pour coordonner les éléments MEP, visualiser les transitions de matériaux et identifier les zones qui nécessitaient plus d'attention et de détails. »
« Le site de construction reste la seule inconnue du projet Mighty House pour EYRC. Nous avons utilisé Enscape pour générer des rendus de la maison dans différents endroits pour que les clients puissent se projeter et voir l'UHA à l'arrière du jardin. Les paramètres d'horizon et la bibliothèque de ressources Enscape nous ont permis de créer des scènes dans une forêt, un désert ou en bord de mer », explique Jessica Chang.
Image avec l'aimable autorisation de EYRC et Mighty House : maison familiale Mighty House et UHA conçues par les architectes de chez EYRC
Voici comment Ji Won Nam décrit la toute dernière phase du projet : « Nous travaillons sur le projet Mighty Buildings sur une maquette en taille réelle dans notre siège à Oakland en Californie. La taille des joints, les points de jonction et les détails apparents y sont ajustés pour assurer un transport et une installation sans encombre. Nous mettons à jour les spécifications des finitions afin de garantir notre approvisionnement et le calendrier. »
« Grâce à Enscape, nous pouvons facilement apporter ces mises à jour et visualiser toute modification avant de l'approuver avec le client. Enscape s'est avéré clair et efficace pour la communication avec notre client. C'est aussi notre outil de travail car nous pouvons valider les mises à jour de la conception et prendre des décisions plus rapidement grâce à des visualisations claires et en temps réel.
Passé, présent et avenir
Lorsque l'impression 3D a fait son apparition il y a 30 ans, l'idée de pouvoir vivre un jour dans une maison imprimée en 3D aurait été inconcevable. Mais, c'est déjà une réalité pour certaines zones commerciales ou résidentielles et ce concept se développe un peu partout dans le monde.
En adoptant cette technologie révolutionnaire et en l'associant au rendu en temps réel, le secteur de l'AEC repousse les frontières de la conception, de l'ingénierie et de la construction et offre des solutions à certains des problèmes que se pose le secteur et le monde entier.
