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La machine aux commandes du chantier

Pascal Nguyên |  le 27/11/2018  |  RéalisationsTechniqueImprimante3D

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Robotique -

En Suisse, robots et imprimantes 3D réalisent une surélévation de trois étages qui sera inaugurée en 2019.

Les projets de construction adossés à la fabrication additive ou l'assemblage automatisé restent bien souvent à l'état d'images de synthèse. En Suisse, une équipe de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich, membre du Centre national de compétences en recherche de fabrication numérique (NCCR Digital Fabrication), est récemment passée aux travaux pratiques. En partenariat avec des industriels, elle construit la DFAB House, une surélévation de trois étages en cours de réalisation au sommet du Next Evolution in Sustainable Building Technologies (Nest), un bâtiment démonstrateur à Dübendorf. « Cette extension recourt à de nouvelles techniques pour fabriquer numériquement, sur site ou en atelier, les éléments porteurs du bâtiment », détaille Konrad Graser, chef de projet et professeur d'architecture au NCCR.

Soudeur autonome. La DFAB House est constituée d'un premier niveau comportant un mur porteur central en béton, lequel supporte une dalle faite du même matériau. La façade se compose de panneaux de verre encadrés de meneaux. C'est ici qu'un robot de fabrication mobile, autonome et polyvalent, a été déployé. Monté sur chenillettes, le « In Situ Fabricator »

intègre un système de navigation et de capteurs qui lui permet de se déplacer de façon autonome sur le site. Sa mission : assembler par soudure la maille d'un treillis du mur porteur, dont la forme, complexe, évoque une vague. Une maille d'acier inédite, imaginée par les scientifiques suisses, qui l'ont nommée Mesh Mould. Conçue numériquement, elle sert de renfort et de support au béton. Avec ce système, non seulement les coffrages ne sont plus nécessaires mais la forme du mur peut être pensée de façon totalement libre.

La fabrication des meneaux du premier niveau, s'effectue également sans coffrage. « Le procédé Smart Dynamic Casting utilisé est une technique de formage par glissement de béton entièrement automatisée, avec une section transversale variable, détaille Konrad Graser. La machine embarque un moule mobile qui progresse verticalement et est alimenté automatiquement en béton. Au fur et à mesure que celui-ci sèche, le moule s'élève. Les meneaux ont ainsi été préfabriqués sur mesure avec une structure optimisée. »

Une économie de matériaux. En revanche, il est un domaine de la DFAB House où le coffrage n'a pas disparu : la pré fabrication des 11 éléments d'une dalle de plancher légère et multifonctionnelle de 80 m². Baptisée « Smart Slab », elle est réalisée grâce à une méthode utilisant des coffrages imprimés en 3D. Grâce à cette technologie, les ingénieurs peuvent optimiser les formes pour leur assemblage, l'éclairage, l'acoustique. De plus, ils n'utilisent que le strict minimum de matériaux (béton, ferraillage). Avec seulement 20 mm d'épaisseur à son point le plus fin, la dalle ainsi conçue pèserait moitié moins lourd - 15 tonnes seulement - qu'une réalisation traditionnelle.

Enfin, la technologie la plus spectaculaire est celle mise en œuvre pour les deux étages supérieurs, en ossature bois : le Spatial Timber Assemblies. Dans un atelier, les sections de bois sont tronçonnées, usinées, puis assemblées par différents bras robotisés qui travaillent de concert.

Avec la DFAB House, les scientifiques ne cherchent pas la simple prouesse technologique, comme le confirme Konrad Graser : « Nos travaux ciblent l'élargissement des possibilités plutôt que l'automatisation de processus connus. Cela inclut de nouveaux modèles de collaborations homme-machine pour tirer parti des atouts des outils numériques. Les principaux avantages résident dans une liberté de conception accrue, la réduction des quantités de matériaux mis en œuvre et l'efficacité du chantier. » Chaque technologie a été développée en partenariat avec des industriels, ce qui confirme leur vif intérêt pour cette technique et leur volonté, à terme, de la commercialiser. La DFAB House sera inaugurée fin février 2019.

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Maître d'ouvrage et maître d'œuvre : Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (EMPA).
Bureaux d'études : NCCR.
Partenaires industriels : Ackermann, Agitec, Burgin, Cabot, Christenguss AG, DigitalStrom, Erne, Fischer Rista, Frutiger, Gom, Knauf, Laufen, Lehni, Noe, Nussbaum, Pemat, RG, Schenker Storen, Schibli, Schlatter, Schneider, Seele, Sika, Sommerlatte & Sommerlatte, Stahl Gerlafingen, Stahlton, Voxeljet, Welti-Furrer, Zug, Zühlke.
Budget : non communiqué.

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En atelier, les « Spatial Timber Assemblies », ou robots charpentiers, tronçonnent, usinent, puis assemblent les éléments qui forment l’ossature bois de la DFAB House. - © NCCR DIGITAL FABRICATION / ROMAN KELLER
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La surélévation sera inaugurée en février prochain. Elle a été réalisée par six robots différents et utilise des techniques de construction inédites. - © MIKE LYRENMANN / NCCR DIGITAL FABRICATION
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Le « In Situ Fabricator » assemble une maille d’acier qui constitue le ferraillage du futur voile, avec une grande liberté de forme. Le coulage du béton sera ensuite réalisé sans coffrage car le « Mesh Mould » qui en résulte sert à la fois de support et de renfort. - © NCCR DIGITAL FABRICATION / ROMAN KELLER
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La dalle de plancher en béton a été imprimée en 3D afin d’optimiser sa forme et utiliser le minimum de matériaux, tout en créant les réservations nécessaires au passage des fluides. - © DIGITAL BUILDING TECHNOLOGIES GROUP

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