Architecture et impression 3D, cela peut paraître futuriste, mais les bâtiments et structures réalisés avec des imprimantes 3D sont déjà une réalité. La fabrication additive est vouée à être un grand changement de paradigme dans l’architecture, car selon ce rapport de Gran View Research, le marché de la construction 3D augmentera de 91 % entre 2021 et 2028. Ces données nous obligent à réfléchir sur cette méthode, ses avantages, ses enjeux et ses limites.

Quels sont les usages de l’impression 3D en architecture ?

Avec l’impression 3D en architecture, la limite est l’imagination. Un pont imprimé en 3D, le premier bureau au monde créé avec cette technologie, des maisons imprimées en terre cuite ont déjà été imprimées en 3D. Les bâtiments sont conçus même pour d’autres planètes, et la NASA travaille actuellement avec la société ICON pour développer des projets d’impression 3D sur la Lune et la planète Mars.

Si l’on remet les pieds sur Terre, l’impression 3D représente déjà une excellente solution pour les architectures d’urgence et les structures éphémères. Son utilisation a déjà été testée avec la construction d’abris en cas de catastrophe en un temps record (24 heures).

Distribution thermique en maison imprimée en 3D. Institute for Advanced Architecture of Catalonia.

Comment construit-on en utilisant l’impression 3D ?

L’impression 3D est réalisée à l’aide de bras robotisés, de systèmes d’extrusion pour chaque matériau et d’un robot mobile monté sur des grues, qui peut être monté sur le site où vous souhaitez construire ou préfabriqué pour un assemblage ultérieur.

Dans le cas récent de cet immeuble résidentiel en Allemagne, l’imprimante BOD2 a été utilisée, capable de construire 1 mètre carré de mur en seulement cinq minutes. La machine n’est calibrée qu’une seule fois et possède une tête d’impression qui se déplace autour de trois axes sur un châssis métallique. Le processus est effectué en couches, où chaque mur augmente progressivement en hauteur. La méthode nécessite des opérateurs, et de fait de nouveaux profils dans le métier seront de plus en plus nécessaires pour des tâches qui n’existaient pas auparavant sur le site, comme gérer le code, construire des modèles 3D, faire fonctionner le robot…

Quelle est « l’encre » utilisée par les imprimantes 3D ? Elles peuvent utiliser de l’acier, du béton, du plastique, du bambou, du bois, de l’argile… Il est même possible de réutiliser du matériel préexistant à zéro kilomètre, ce qui améliore les indices de durabilité des constructions.

Prototype de mur de terre imprimé en 3D.  Institute for Advanced Architecture of Catalonia.

Architecture imprimée en 3D et durabilité

Nous venons d’évoquer un enjeu pertinent, car en effet l’impression 3D se distingue par sa capacité à développer des constructions durables. Edouard Cabay et Alexandre Dubor, co-directeurs du programme d’architecture imprimée en 3D IAAC (Institut d’architecture avancée de Catalogne), constatent que des méthodes telles que l’impression avec de la terre (un mélange d’argile et de sable extrait de terrain de construction) « permettent non seulement l’utilisation d’un matériau 100 % naturel qui n’a pas besoin d’énergie pour être employé sur place (le ciment, par exemple, consomme beaucoup d’énergie pour être produit), mais a de très bonnes propriétés thermiques et régule l’humidité dans un immeuble ».

L’IAAC détaille que, grâce aux possibilités offertes par l’impression 3D, le design d’un mur peut être personnalisé en fonction de divers besoins, dont le climat. « Par exemple, l’épaisseur ou la composition d’une façade peut varier en fonction de son orientation, et ainsi nous pourrons générer des solutions optimisées en fonction de l’emplacement et l’utilisation prévue », illustrent-ils. Ils annoncent même qu’avec ces avancées techniques, il sera possible de construire des bâtiments qui n’auront pas besoin de climatisation.

Prototype d’escalier et de terre imprimé en 3D. Institute for Advanced Architecture of Catalonia.

Avantages de l’impression 3D

Quels sont les avantages de l’architecture imprimée en 3D ? Nous les résumons en trois points :

  1. Des économies de coûts et moins de déchets, ce qui contribue à une plus grande efficacité dans l’utilisation des matériaux et se traduit par la circularité améliorée du bâtiment.
  2. Un meilleur aperçu des designs, plus de personnalisation et la possibilité de modifier le bâtiment au moment de sa construction.
  3. Construction rapide, ce qui en fait une méthode idéale pour les logements sociaux ou les structures d’urgence comme les hôpitaux pandémiques.
Gridded Earth House System. Institute for Advanced Architecture of Catalonia.

Les futurs défis de l’impression 3D en architecture

« L’impression 3D consiste à inventer une nouvelle façon de construire », disent-ils depuis l’IAAC. Ils soutiennent que cet outil a peu de limites, et que « tout est une question de développement ». Ils citent en exemple le cas du béton « qui existait depuis trente ans avant que les meilleurs modes d’utilisation ne soient développés »… Et son utilisation est toujours en cours d’optimisation.

L’architecture a toujours évolué avec l’arrivée des nouvelles technologies : l’arc gothique, l’acier, etc… L’IAAC précise que cette nouvelle technologie « va générer beaucoup de conscience sur la façon dont un bâtiment est construit, et donc sur la façon dont il est conçu, comment est une façade, une pièce, une structure… Bref, cela va nous faire repenser notre façon de vivre ». L’architecture du futur n’est pas encore imprimée.