Construire avec des robots et des imprimantes 3D.

Des robots qui construisent des murs et des imprimantes 3D qui impriment des coffrages entiers pour des planchers - la fabrication numérique dans l'architecture s'est développée à une vitesse fulgurante ces dernières années. Dans le cadre du P?le de recherche national (PRN) Fabrication numérique, des architectes, des roboticiens, des spécialistes des matériaux, des statisticiens et des experts en durabilité de l'ETH Zurich se sont associés à des partenaires économiques pour faire passer du laboratoire à la pratique plusieurs technologies de construction numériques inédites. La construction se fait sur NEST, le b?timent modulaire de recherche et d'innovation que l'Empa et l'Eawag ont érigé sur leur campus de Dübendorf. Les chercheurs peuvent y tester de nouvelles technologies de construction et d'énergie dans des conditions réelles. NEST offre une structure de soutien centrale avec trois plates-formes ouvertes auxquelles les différents projets de construction - appelés unités d'innovation - peuvent s'arrimer. Le coup d'envoi des travaux de construction de la DFAB HOUSE a été donné récemment.

Conception, planification et construction numériques

La DFAB HOUSE est particulière dans la mesure où elle est non seulement con?ue et planifiée numériquement, mais aussi construite en grande partie avec des processus numériques. Avec ce projet pilote, les professeurs de l'ETH souhaitent découvrir dans quelle mesure les technologies numériques peuvent rendre la construction plus durable et plus efficace, et augmenter le potentiel de conception. Les différents éléments de construction ont été coordonnés numériquement sur la base de l'ébauche et sont désormais fabriqués directement à partir de ces données. Une planification conventionnelle de l'exécution n'est plus nécessaire. Dès l'été 2018, le b?timent de trois étages d'une surface utile de 200 mètres carrés servira de lieu de travail et d'habitation aux chercheurs invités de l'Empa et de l'Eawag ainsi qu'aux partenaires de NEST.

Quatre nouveaux procédés de construction à l'épreuve de la pratique

Dans le cadre du DFAB HOUSE, quatre procédés de construction différents passent pour la première fois de la recherche à l'application architecturale construite. Les travaux de construction ont débuté avec la technologie dite du "Mesh Mould", qui a été récompensée fin 2016 par le Swiss Technology Award. Développée par une équipe multidisciplinaire, cette méthode de construction pourrait à l'avenir modifier fondamentalement la construction en béton. Le robot de construction "In situ Fabricator", qui mesure deux mètres et peut se déplacer de manière autonome sur des chenilles, même dans un environnement en constante évolution, joue un r?le central dans ce projet. Un grillage en fil d'acier qu'il a fabriqué sert à la fois de coffrage et d'armature pour le béton. Gr?ce à la structure à mailles serrées du grillage en fil d'acier et au mélange spécial de béton, le béton reste à l'intérieur du grillage et ne s'écoule pas.

Il en résulte au final un mur porteur à double courbure qui marquera l'architecture de l'espace de vie et de travail ouvert à l'étage de base. Il sera surmonté d'un "Smart Slab", un plancher optimisé sur le plan statique et intégré sur le plan fonctionnel, pour le coffrage duquel les chercheurs utilisent l'impression 3D en sable grand format.

La technologie "Smart Dynamic Casting" a été utilisée pour la fa?ade de l'étage de base. Ce procédé automatisé et robotisé de coffrage glissant permet de fabriquer des poteaux de fa?ade en béton sur mesure. Les deux étages supérieurs avec chambres individuelles sont préfabriqués au Robotic Fabrication Laboratory de l'ETH Zurich au moyen de "Spatial Timber Assemblies", une construction en bois assemblée spatialement par des robots coopérants.

La collaboration, clé du succès

Pour le professeur Matthias Kohler de l'ETH, directeur fondateur du PRN Fabrication numérique et initiateur de la DFAB HOUSE, c'est en effet la diversité des technologies de construction inédites qui fait de la DFAB HOUSE un projet phare de la construction numérique. "Contrairement aux projets de construction qui n'utilisent qu'une seule technologie de construction numérique, comme les maisons imprimées en trois dimensions, la DFAB HOUSE réunit plusieurs technologies de construction numérique inédites. Cela nous permet d'utiliser à la fois les avantages de chaque méthode et leurs synergies, et de les exprimer sur le plan architectural", a déclaré Kohler.

Tous les procédés de construction utilisés dans la DFAB HOUSE ont été étudiés et développés ces dernières années par les chercheurs des chaires de l'ETH impliquées dans le cadre du PRN Fabrication numérique. Si les technologies ont déjà trouvé le chemin du chantier après si peu de temps, c'est d'une part parce que les différentes disciplines scientifiques ont travaillé main dans la main et d'autre part en raison de la coopération fructueuse entre la recherche et l'industrie. "Nous sommes convaincus que cette collaboration est profitable pour les deux parties. De plus en plus d'entreprises suisses, comme Erne AG Holzbau, qui est le planificateur général de la DFAB HOUSE et qui a déjà été impliquée dans la construction de l'Arch_Tec_Lab à l'ETH Zurich, veulent saisir de manière proactive les opportunités offertes par la digitalisation. Nous observons cela avec grand plaisir", déclare Kohler.

De la construction numérique à l'habitat numérique

Les technologies numériques seront également utilisées lorsque la DFAB HOUSE sera habitée à partir de l'été 2018. Sous la direction de digitalSTROM AG et en coopération avec plusieurs autres entreprises suisses, de nouvelles solutions de maisons intelligentes et de technologies de l'Internet des objets seront testées. Il s'agit d'appareils et de systèmes qui communiquent intelligemment entre eux, qui sont capables d'apprendre et qui contr?lent le b?timent de manière à améliorer à la fois l'efficacité énergétique et le confort de vie.