Nous voyons de plus en plus de gros titres qualifiant les maisons imprimées en 3D de « voie de l'avenir », avec leur « construction en moins de 24 heures ! » Présentées comme la solution idéale pour contrer la crise mondiale du logement et plus résistantes que les maisons traditionnelles, la réponse à l'urgence climatique selon de nombreux médias serait les maisons imprimées en 3D.
Bien qu'à première vue, elles offrent des solutions à de nombreux problèmes liés aux pénuries de main-d'œuvre, au coût et aux délais de la construction de maisons traditionnelles, est-ce du battage médiatique ou la vérité ? Et, quel est le réel impact environnemental des maisons imprimées en 3D ?
Qu'est-ce qu'une maison imprimée en 3D et comment est-elle construite ?
Le bâtiment est d'abord conçu numériquement dans un logiciel de BIM (Building Information Modeling). Une machine imprime ensuite les structures de manière automatisée sur site ou hors site : couche par couche, une pâte (mortier, béton, plastique, terre) est poussée à travers une buse ou un bras robotisé, selon les paramètres du dessin numérique, pour ériger la structure principale. Cela peut sembler pédant, mais il est probablement plus juste de parler de maisons extrudées !
L'impression, en général, fait référence au processus de création de texte, d'images ou de motifs sur une surface, généralement du papier, en appliquant de l'encre ou d'autres matériaux. Cela peut se faire par diverses méthodes, comme le jet d'encre, le laser ou la sérigraphie. L'impression implique généralement une sortie en deux dimensions (2D).
L'extrusion, en revanche, est un processus de fabrication dans lequel un matériau, souvent sous forme de liquide visqueux ou de solide malléable, est poussé ou tiré à travers une filière ou une buse pour créer une forme ou une section transversale continue et uniforme. L'extrusion est couramment utilisée dans la production de produits en plastique, en caoutchouc ou en métal, tels que des tuyaux, des profilés et des fils. L'extrusion implique généralement une sortie en trois dimensions (3D).
Dans le contexte de l'impression 3D, le terme « extrusion » est souvent utilisé pour décrire le processus de dépôt de matériau couche par couche pour créer un objet tridimensionnel. Dans ce cas, « extrusion » se réfère spécifiquement à la méthode de poussée du matériau d'impression (généralement un filament thermoplastique) à travers une buse chauffée, où il fond et est déposé sur une plateforme de construction pour créer la forme 3D souhaitée.
Ainsi, bien qu'à première vue l'idée de l'impression 3D de maisons semble intéressante, nous permettrait-elle vraiment de choisir un modèle prédéfini en ligne et de convenir d'une date pour « imprimer » notre maison sur n'importe quel site, rapidement et à un coût aussi bas que nous l'avons lu ? La technologie d'impression de maisons 3D offre-t-elle réellement ces avantages ? Nous avons creusé le sujet.
Quels sont les avantages et les inconvénients des maisons imprimées en 3D ?
Temps de construction des maisons imprimées en 3D ? Pas beaucoup plus rapide en réalité
Bien qu'il y ait des références à des temps de construction de 24 heures dans les articles et les publicités vantant les maisons imprimées en 3D, aucun projet n'a été en mesure de démontrer un tel record. La maison Fibonacci en Colombie-Britannique, par exemple, a été construite hors site en 11 jours.
La première maison 3D, construite par l'organisation internationale Habitat pour l'humanité en Virginie, bien qu'il n'ait fallu que 28 heures pour imprimer les murs en béton, le chantier pour terminer la maison a pris autant de temps qu'une maison traditionnelle.
Si les chiffres sont loin de la réalité, c'est que les informations véhiculées omettent le fait que ces temps ne concernent que les murs principaux de la maison ! Cela ne prend jamais en compte les fondations, les toits, les fenêtres, les portes, les finitions intérieures et extérieures, la plomberie, etc. Des éléments qui constituent près de 80 % de la construction d'une maison.
Par exemple, la maison construite à Windsor-Essex par Habitat pour l'humanité (Hh) n'a pas été construite en 3-4 jours, comme l'a mentionné Chris Marin, opérateur principal d'imprimante de maisons 3D (ICI Windsor, 2022). Seuls les murs ont été érigés dans ce laps de temps.
Ian Sabourin Somers, conseiller technique chez Ecohome, a un problème avec la vitesse de production annoncée des maisons 3D : « Le seul avantage apparent est la vitesse de production, pour répondre aux besoins en logement. Mais c'est peut-être discutable, si l'on considère les maisons préfabriquées et les panneaux modulaires ».
Lloyd Alter est d'accord : « Une machine de construction de murs préfabriqués robotisée et informatisée peut produire tous les murs d'une maison en une heure, avec l'isolation, le câblage électrique et les fenêtres, qui peuvent être expédiés aussi facilement qu'un sac de ciment sur un site et assemblés en une heure. »
Verdict : Bien que l'impression 3D permette de gagner du temps de production sur l'ossature (si on la compare à la construction conventionnelle, et non à la préfabrication en usine), elle est loin d'atteindre les délais mentionnés par les médias. Surtout si l'on considère que dans une construction conventionnelle, les murs sont la partie la plus rapide à ériger et ne représentent qu'une fraction du coût de la structure finie et utile (l'impression 3D ne s'occupe que de 20-25 % d'un bâtiment entier, tandis que les méthodes conventionnelles sont responsables des 75-80 % restants de la construction).
Prix des maisons imprimées en 3D : pas moins chères que les maisons traditionnelles
En termes de coûts, plusieurs articles consultés parlent d'une économie de 50 % pour la « maison ». Il semblerait que les économies ne concernent que la structure des murs, puisque seuls les murs sont imprimés (et que ce serait plutôt de l'ordre de 10-20 %, en raison du coût de la main-d'œuvre, qui est moindre sur une structure imprimée).
Les attentes sont donc plutôt irréalistes en termes de coûts, qui semblent impossibles à déterminer à l'heure actuelle. Selon Ian Arthur, président de la société Nidus 3D responsable du projet pilote : « Il est trop tôt pour donner des chiffres sur le coût total du projet initial (de Hh à Windsor-Essex). C'est un projet de recherche et de test. C'est la première fois qu'on y pense au Canada », a-t-il expliqué dans une entrevue à ICI Windsor (2022).
« Et si les coûts des ossatures en bois et en béton sont actuellement équivalents, le béton et l'acier deviennent de plus en plus chers à mesure que les matériaux qui les composent se raréfient. À l'international, le coût du bois est plus stable (moins de fluctuations). L'extraction et le transport de ces matériaux augmentent le volume de gaz à effet de serre (GES) pour une demande qui dépassera la capacité des ressources disponibles avant la fin du siècle », explique Guy St-Jacques, président du Groupe de Neuve Ltée.
Selon le Graham Construction Material and Commodity Review, publié en mai 2021, le coût du béton devrait augmenter avec les pénuries de sable et le boom de la construction résidentielle et commerciale.
Verdict : Les maisons 3D sont encore en phase expérimentale. Elles ne semblent pas offrir de réelles économies de coûts pour le moment. Nous devrons attendre quelques années pour obtenir des données plus concluantes.
Les maisons imprimées en 3D, une solution à la pénurie de logements ?
Pour de nombreux médias, l'une des raisons d'être des maisons imprimées en 3D est d'aider les personnes qui ont du mal à se loger, puisqu'elles sont censées être moins chères et plus rapides à construire (ce qui n'est pas nécessairement le cas, comme nous venons de le voir). Cela dit, « le problème du logement n'a jamais été technologique, il est social et économique, que vous soyez à San Francisco ou au Salvador », déclare Lloyd Alter.
Il donne l'exemple des maisons ICON en cours de construction au Salvador, pour et par la communauté locale : « Ils installent les machines d'impression 3D les plus sophistiquées du monde au milieu de cette communauté et impriment des maisons comme personne n'en a jamais vues, des maisons qui n'ont pas besoin de maçons, de plâtriers ou de main-d'œuvre, qui ne créent pas beaucoup d'emplois locaux ni n'enseignent beaucoup de compétences. Quelle perspective occidentale ! Ils ont un peu réduit le coût de la maison, mais l'argent ne va plus dans les poches des travailleurs locaux, il sert à acheter des sacs de boue pour alimenter la grosse imprimante coûteuse. »
Benjamin Zizi, conseiller technique chez Ecohome, est d'accord : « Tous les exemples mentionnés de constructions imprimées en 3D concernent des maisons. La pénurie de logements ainsi que l'étalement urbain sont des problèmes dont les solutions résident bien plus dans des projets de bâtiments multi-logements, dans des zones connectées aux réseaux urbains (transports, commerces, lieux de travail, loisirs, etc.). »
« Les technologies 3D ne semblent pas adaptées aux besoins des maisons durables. »
déclare Benjamin Zizi, conseiller technique chez Ecohome
Verdict : Nous avons besoin de logements multifamiliaux à faible émission de carbone. S'il va de soi que tout le monde mérite un accès à un logement décent, le problème ne semble pas nécessiter une réponse technique, mais une réponse idéologique et urbanistique.
Maisons en béton imprimées en 3D : Répondre aux pénuries de main-d'œuvre et aux designs uniques
L'industrie de la construction au Canada est actuellement confrontée à une pénurie de main-d'œuvre qualifiée. Étant donné que l'impression 3D nécessite moins de personnes pour l'ossature, elle offre un certain avantage ici. Selon Charles Overy, directeur chez LGM 3D, « l'impression 3D pourrait potentiellement devenir courante dans l'industrie de la construction américaine d'ici 10 à 20 ans. » Il estime que « les pénuries de main-d'œuvre chroniques dans l'industrie de la construction dues aux politiques gouvernementales pourraient forcer les constructeurs à investir plus rapidement dans la technologie (d'impression 3D). »
L'impression 3D permet également de construire des maisons au design unique, des murs complexes et des formes courbes pour le même prix qu'un mur droit. Une réponse à la pénurie de main-d'œuvre dans la construction et des designs uniques semblent être les seuls avantages à construire une maison 3D pour le moment.
Quels sont les avantages environnementaux d'une maison construite avec une imprimante 3D ?
Les matériaux pour l'impression 3D de maisons sont-ils plus durables ? Peut-être pas !
Nous avons identifié quelques exemples très intéressants de constructions où de la boue locale ou une pâte composite de bambou (SHoP Architects Company, NY) a été utilisée. Le projet TECLA montre qu'une belle maison saine et durable peut être construite par une machine, en utilisant une matière première locale biosourcée. L'équipe derrière le projet a même construit un « kit » d'assemblage pour l'infrastructure robotique, livrable n'importe où dans le monde dans un conteneur, qui permet de construire une maison similaire. Nous applaudissons cette initiative, mais doutons qu'elle soit adoptée en Amérique du Nord !
Pour l'instant, les constructions 3D sont principalement faites de mortier-béton ou de plastique, des matériaux qui ont un lourd impact environnemental. En termes d'impact carbone, le bois reste le matériau le moins cher et la meilleure façon de construire. Point final. À part quelques rares exemples, la 3D utilise du plastique, du ciment et du béton.
Bien sûr, le plastique peut aussi être recyclé et utilisé dans des mélanges. Mais il y a certainement des problèmes logistiques avec cette alternative de recyclage, ainsi que des problèmes de santé potentiels liés au fait de vivre dans une maison en plastique recyclé. Selon Overy, « il n'est pas facile de trouver et de certifier localement des flux de déchets recyclés, et il n'y a pas non plus une énorme incitation économique à le faire. Par conséquent, il n'est pas facile d'un point de vue réglementaire (ou technique) de faire fondre des bouteilles de lait et d'extruder une maison ou même un cadre de porte. Il est difficile d'imaginer un flux de recyclage aussi efficace que celui de l'aluminium aux États-Unis. »
Dans un article de CBC News de 2018, la mention d'une maison construite par une imprimante 3D robotisée dans l'ouest de la France présentait une percée dans la construction écologique, car l'imprimante robotisée utilisait un matériau polymère spécial pour les deux couches extérieures des murs du bâtiment, combiné à la couche de béton intérieure. Sérieusement, en quoi est-ce écologique ? De nombreuses mousses pulvérisées (ou imprimées) peuvent avoir des impacts potentiels sur la santé - c'est pourquoi nous avons tendance à les éviter.
Verdict : Bien qu'il existe de rares exceptions dans lesquelles les maisons 3D utilisent des matériaux locaux biosourcés, la plupart des projets utilisent du béton, du ciment et du plastique. À notre humble avis, la construction en bois conventionnelle ou préfabriquée avec une isolation en cellulose dense est toujours le meilleur choix ici, à moins que vous ne soyez situé dans une région de temps violent et fréquent où il pourrait être prudent de privilégier la résilience.
Quels sont les inconvénients des maisons construites avec l'impression 3D en béton ?
Déchets de construction des maisons 3D
En moyenne, la construction d'une nouvelle maison de 2 000 pieds carrés génère plus de 2 000 kilogrammes de déchets de construction, dont la grande majorité finit dans les décharges. Une contribution importante que l'impression 3D peut apporter en termes de construction durable est la réduction des déchets de construction, liés à l'ossature.
Après avoir conçu une maison sur un ordinateur, une imprimante 3D connaît la quantité exacte de matériaux nécessaires pour sa structure. Mais cela peut aussi être réalisé en préfabriquant des ossatures en bois (MOB) en usine. Benjamin Zizi mentionne également le fait que : « Il n'est pas certain que les maisons 3D auront un meilleur indice de déconstructibilité à la fin de leur vie, ou lors de rénovations, en raison de leur construction "monobloc". Il ne sera pas possible de récupérer les matériaux de structure puisqu'ils sont en béton. »
Durabilité des maisons imprimées en 3D
Bien que les maisons imprimées en 3D soient durables et résistantes aux conditions climatiques, il n'a pas encore été démontré qu'elles sont plus performantes que les maisons conventionnelles en bois et en matériaux biosourcés.
Coût environnemental et difficulté d'isolation des maisons 3D
C'est un point majeur pour le coût et l'aspect environnemental. Dans les codes du bâtiment et les zones climatiques froides, nous avons besoin d'une isolation posée à l'extérieur, de systèmes de fixation et de cavités pour l'isolation tels que des ossatures en bois (MOB) ou en acier, d'un revêtement extérieur, et peut-être même d'une ossature intérieure pour fixer le gypse comme barrière coupe-feu.
En plus des éléments notés dans les derniers paragraphes, notez :
- Investissements initiaux coûteux : le prix d'une imprimante 3D est d'environ 49 000 pourlespetitsmod e ˋ les,plusde125000 pour les grands (CBC News 2021).
- Un manque de certification : la construction est régie par des lois. Seule une poignée de permis de construire a été délivrée ces dernières années pour des maisons 3D, dans des cas expérimentaux spéciaux, et dans des zones sélectionnées (aniwaa, 2022).
- Perte potentielle d'emplois locaux : l'impression 3D nécessite peu de main-d'œuvre pour l'ossature. Un problème social potentiel, en particulier dans les régions moins riches avec un taux de chômage élevé.
Manque de communication transparente chez les constructeurs de maisons imprimées en 3D
Un document publié par COBOD, une entreprise danoise leader mondial des solutions d'impression 3D pour l'industrie de la construction, met en garde les consommateurs en faisant le point sur ce qu'est réellement la construction 3D aujourd'hui. Par exemple, il mentionne l'entreprise Winsun, qui prétend avoir construit 10 bâtiments 3D en 10 jours. En fait, ils ont assemblé 10 bâtiments en 10 jours, à partir de composants imprimés en 3D produits dans une usine bien avant.
De même, le Bureau du Futur souvent mentionné à Dubaï n'a pas été imprimé en 3D à Dubaï, mais plutôt fabriqué à partir d'éléments préfabriqués imprimés en 3D à Suzhou, en Chine. Les détails architecturaux intéressants n'ont pas été imprimés en 3D, mais fabriqués à la main par des ouvriers de la construction traditionnels à Dubaï (COBOD).
Il en va de même pour ICON, qui mentionne l'impression d'un petit bâtiment à Austin en 24 heures alors que l'impression s'est en fait déroulée sur plusieurs jours. « ICON a affirmé que sa technologie "pourrait" imprimer le bâtiment en 3D en 24 heures, mais n'a fourni aucune documentation pour le prouver » (COBOD).
Nous appelons donc à la prudence lorsqu'il s'agit de croire tout ce que vous pourriez trouver en ligne sur les maisons imprimées en 3D comme étant « la » solution aux défis auxquels l'industrie de la construction nord-américaine est confrontée.
Bâtiments 3D dans l'espace
La NASA a conçu, avec la société ICON, un habitat imprimé en 3D de 170 m2 afin de simuler une mission sur la Lune (Projet Olympus), où les bâtiments pourraient être construits en utilisant les ressources trouvées sur la Lune. Dans cette perspective, l'impression 3D de maisons a du sens. Pour le moment, donc, à moins d'utiliser des éléments biosourcés locaux comme cela a été fait pour le projet Tecla, l'impression 3D de bâtiments devrait se limiter à ces projets extra-planétaires...
Approfondissez votre expertise en construction durable
Maîtriser un sujet comme l'impression 3D de maisons est une étape. L'adapter aux différents climats et normes de construction, que ce soit en Europe ou en Amérique du Nord, en est une autre. Explorez ces guides essentiels pour des projets réussis, peu importe votre région :
- Analyse de Cycle de Vie : ACV pour les bâtiments - comparaison du carbone intrinsèque du bois, du béton et de l'acier.
- Panneaux de construction : Lequel est le meilleur, l'OSB ou le contreplaqué pour les toits, les murs et les planchers ?
- Choix du bois : Les meilleurs choix de bois d'œuvre pour la construction de maisons à ossature de bois.
SOURCES
- 3D printing could help build homes with unique designs more cheaply, advocates say, CBC News, 2021
- The Truth – Facts about the True State of the Art of 3D Construction Printing, COBOD
- Why 3D Printed Houses Are a Solution Looking for a Problem, Treehugger, 2018
- The Truth About 3D Printed Homes, Undecided with Matt
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