Les robots coopèrent dans la construction en bois

La digitalisation a fait son entrée dans la construction en bois : Des éléments de construction entiers sont d'ores et déjà fabriqués à l'aide d'installations assistées par ordinateur. Le matériau brut est certes découpé par des machines, mais il est ensuite généralement assemblé manuellement en un cadre plat. Jusqu'à présent, ce processus de fabrication limitait fortement la liberté de conception géométrique.

Dans le cadre du p?le de recherche national (PRN) Fabrication numérique, des chercheurs de la chaire d'architecture et de fabrication numérique de l'ETH Zurich viennent de mettre au point un nouveau procédé numérique de construction en bois. Il élargit les possibilités de la construction traditionnelle à ossature bois en permettant de réaliser efficacement des modules en bois à la géométrie complexe. Spatial Timber Assemblies a été développé en étroite collaboration avec Erne AG Holzbau et sera utilisé pour la première fois dans la DFAB HOUSE sur le b?timent de recherche et d'innovation NEST de l'Empa et de l'Eawag à Dübendorf. Il s'agit en même temps de la première fois qu'un projet architectural à grande échelle est réalisé avec les robots de construction du nouveau Robotic Fabrication Laboratory de l'ETH Zurich.

Avec une précision robotique

Dans un premier temps, un robot prend une poutre en bois et l'amène à une scie pour la découpe. Après un changement d'outil automatisé, un deuxième robot perce les trous nécessaires pour les raccords avec les poutres de liaison. Enfin, les deux robots coopèrent et disposent les poutres avec précision dans l'espace, conformément au projet informatique. Pour éviter les collisions lors du positionnement des différentes poutres en bois, les chercheurs ont développé un algorithme qui recalcule en permanence le chemin de déplacement des robots en fonction de l'avancement de la construction. Les artisans vissent ensuite les poutres manuellement.

Construire de manière plus durable et plus individuelle

Contrairement à la construction traditionnelle à ossature bois, les Spatial Timber Assemblies permettent de se passer de plaques de renforcement pour la rigidification, car la rigidité et la capacité portante requises résultent de la disposition géométrique. Cela permet non seulement d'économiser du matériau, mais ouvre également de nouvelles possibilités en termes de conception. Au total, six modules en bois spatiaux et géométriquement individuels sont préfabriqués de cette manière pour la première fois. Des camions les amènent ensuite sur le chantier de la DFAB HOUSE sur le NEST à Dübendorf, où ils sont assemblés pour former une unité d'habitation à deux étages d'une surface de plus de 100 m?. La géométrie complexe de la construction en bois restera un jour visible derrière une fa?ade en membrane translucide.

Construction numérique intégrée

Les robots obtiennent les informations sur la manière dont les poutres en bois doivent être découpées et disposées à partir d'un modèle de conception assistée par ordinateur. Celui-ci a été spécialement développé dans le cadre du projet et a généré une géométrie composée de 487 poutres en bois sur la base de différents paramètres d'entrée.

Pour Matthias Kohler, professeur d'architecture et de fabrication numérique à l'ETH Zurich et initiateur du projet DFAB HOUSE, le fait que Spatial Timber Assemblies ne se contente pas de fabriquer numériquement, mais con?oive et planifie également est un avantage décisif : "Si quelque chose change dans le projet global, le modèle informatique peut être adapté en permanence aux nouvelles exigences. Cette méthode de construction numérique intégrée permet de surmonter la distance entre la conception, la planification et l'exécution".

La recette du succès : l'échange de connaissances

L'ETH Zurich avait déjà collaboré avec succès avec Erne AG Holzbau pour la construction robotisée du toit en bois de l'Arch_Tech_Lab sur le campus du H?nggerberg. Dans le cadre de Spatial Timber Assemblies, les connaissances de l'entreprise en matière de construction en bois sont à nouveau intégrées dans la recherche de l'ETH.

Kohler est convaincu de l'effet de synergie de cette collaboration : "La fabrication numérique est tributaire de l'énorme savoir dont dispose l'artisanat. Inversement, la digitalisation peut valoriser l'artisanat et ouvrir de nouvelles possibilités". Selon Kohler, le fait que les disciplines scientifiques travaillent main dans la main avec l'industrie est en outre déterminant pour que les technologies puissent déjà être transférées dans l'application architecturale après une période aussi courte.