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© XtreeE

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Le béton 3D : une impression d’avenir

19 June, 2019

L’impression 3D du béton autorise la construction d’éléments de formes complexes, facilite le sur-mesure et promet une réduction de l’empreinte écologique du BTP. 2019 voit les initiatives et réalisations de VINCI Construction se multiplier, en France comme dans le monde.

L’impression 3D du béton : des robots, des ingénieurs et des architectes

Née au début des années 2000, l’imprimante 3D et la technique de l’impression additive ont rapidement été adoptées par les industriels pour produire des pièces automobiles, des bijoux ou des prothèses. Les matériaux utilisés se sont multipliés : plastique, cire, métal, plâtre, etc. La capacité de créer rapidement des petites séries et des formes innovantes inspire également l’industrie du bâtiment, qui doit cependant surmonter une difficulté supplémentaire liée à son matériau de prédilection, le béton.

Extrudé à travers la tête d’impression d’un robot imprimante 3D, le béton se dépose en couches superposées sans qu'il soit nécessaire de recourir à un coffrage ou à un moule. La couche imprimée doit à la fois se structurer suffisamment rapidement pour ne s’affaisser en cours d’impression et rester assez fraîche pour que chaque couche adhère à la suivante.

Romaric Quentin, ingénieur R&D et Innovation chez VINCI Construction
« Cette impression en couches successives offre aux ingénieurs la possibilité d’utiliser la forme au service de la performance ainsi qu’une grande liberté plastique aux architectes. », 
note Romaric Quentin, ingénieur R&D et Innovation de VINCI Construction.

Imprimer en béton 3D pour construire dans un monde plus économe en ressources

En trois ans (2011-2013), la Chine a consommé autant de ciment que les États-Unis durant tout le 20e siècle selon un calcul de Bill Gates (Gatesnotes, USGS). Et partout dans le monde, les besoins sont exponentiels : selon l’OCDE, l’Afrique devrait bâtir 90 milliards de mètres carrés d’ici 2060, la Chine 230 milliards. L'emploi de ce matériau engendre de plus une inquiétante pénurie en sable.

Limiter au maximum l’utilisation de matières et donc de matériaux, bâtir sans coffrage perdu, éviter les transports en imprimant les éléments au plus près, voire sur le chantier, mener des chantiers plus silencieux, réduire les risques de santé et de sécurité : l’impression 3D de béton pourrait répondre à tous ces souhaits et participe à la recherche et au développement de technologies plus durables.

Les formes modulables que l’impression additive fait naître avec l’aide du numérique incitent à repenser la conception même des bâtiments. Un mur nouvelle génération pourrait intégrer en son sein des matériaux isolants dans une structure alvéolaire, minimisant à la fois l’usage du ciment et de l’isolant. De même, elle libère des possibilités en phase de conception comme l’utilisation d’algorithme d’optimisation topologique pour améliorer les performances mécaniques des structures de demain.

Tous les besoins ne pourront cependant pas être satisfaits :« Cela reste pour l’instant un marché de niche »estime Chloé Clair, directrice innovation et ingénierie de VINCI Construction. « Il faut des cas d’usage concrets et complexes pour trouver une application à l’impression 3D de béton. »

Une innovation en attente de normalisation et de certifications

Si l’impression béton 3D multiplie ses promesses, son application sur le terrain est freinée par la détermination encore imprécise des caractéristiques mécaniques. VINCI Construction collabore avec CSTB et le CERIB pour évaluer les performances au fil des expérimentations et avancer sur l’acceptation normative du procédé et des éléments produits.

Un poteau de télécommunication d’une hauteur de 12m, qui profite à la fois de la modularité de l’impression béton 3D et des caractéristiques techniques bien maîtrisées d’ossatures en béton précontraint, va être prochainement installé par Freyssinet en Guadeloupe. Le procédé de fabrication a été choisi grâce aux capacités de résistance aux séismes de la structure complexe ainsi qu’à l’intégration particulièrement esthétique de la structure dans son environnement.

Poteau de télécommunication, Guadeloupe - ©  Freyssinet

VINCI Construction et ses partenaires à la pointe de la R&D de l’impression béton 3D

Dès 2017, VINCI Construction a pris une participation dans la start-up XtreeE, qui maîtrise cette technologie avec un niveau de finition inégalé. Un déversoir d’orage sur-mesure à Lille et un poteau de 4 mètres de haut soutenant un préau dans un collège à Aix-en-Provence ont été les premières applications phares de cette jeune pousse française.

Une autre start-up, cette fois intrapreneuriale, a installé son showroom et son outil de prodution à Dubaï (Emirats Arabes Unis). Concreative, née au sein de Freyssinet, collabore avec XtreeE pour répondre à un défi inouï lancé par Mohammed ben Rachid Al Maktoum, émir de Dubaï : 25 % des réalisations du pays devront être imprimées en béton en 2030. Une joint-venture rassemblant Freyssinet Golfe ainsi que des acteurs locaux, vient d’y inaugurer une usine de 700 m², entièrement automatisée, qui produira des pièces.

Pour sensibiliser les étudiants – ingénieurs, architectes, designers – aux futurs de l’impression béton 3D, VINCI Construction et XtreeE ont lancé le 3DCP Challenge. L’équipe franco-canadienne de Victor de Bono et Aurélien Catros, lauréate du 1er prix, a proposé Archelon, une structure biomimétique inspirée d’une carapace de tortue qui couvre sur une longueur 60 m et une hauteur de 8 m les voies et quais d’une station de métro aérienne. Les gagnants pourront nourrir leurs futures inspirations grâce à un séjour chez Concreative à Dubaï. Les autres finalistes continueront d’être accompagnés et challengés par VINCI Construction et ses filiales.

Archelon, vue intérieure - © V. de Bono et A. Catros Le béton 3D : une impression d’avenir

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