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Des systèmes constructifs innovants à connaître absolument

Impression 3D, modules préfabriqués, terre crue et bambou font partie des systèmes constructifs les plus innovants de notre époque. Découvrons-en davantage.


La manière de construire évolue. En plus de l’acier et du béton armé, des systèmes constructifs innovants suscitent l’intérêt pour leurs qualités technologiques, leurs performances, leur durabilité et la facilité de mise en chantier. Découvrons donc quels sont les systèmes de construction les plus innovants et surprenants dans le secteur du bâtiment ! 

Systèmes constructifs innovants : voici quelques exemples

Les évolutions technologiques impactent proportionnellement le progrès du secteur de la construction. De grands changements non seulement dans la manière de représenter et de concevoir les bâtiments, mais aussi dans les matériaux, les techniques et les systèmes constructifs. Nous avons l’habitude de concevoir des bâtiments en béton armé, en acier, en bois, mais pour suivre l’innovation de notre secteur, il est toujours bon de connaître et de prendre en considération les dernières tendances : certaines pourraient se révéler extrêmement intéressantes et certainement à approfondir ! 
Les dernières tendances redécouvrent les systèmes de construction traditionnels et explorent les dernières frontières de la technologie, toujours dans une optique absolue de durabilité environnementale.

Si vous êtes intéressé par ce sujet, n’oubliez pas qu’un support valide pour la conception architecturale de bâtiments réalisés avec des systèmes constructifs innovants est certainement l’utilisation de logiciels 3D pour le bâtiment.

La représentation 3D joue en effet un rôle fondamental, offrant une vision détaillée et réaliste des structures de construction avant qu’elles ne soient physiquement construites. Grâce à la modélisation tridimensionnelle, vous pouvez visualiser de manière claire et précise chaque composant du bâtiment, y compris ses connexions et ses interactions avec l’environnement environnant. Cette représentation virtuelle permet d’explorer différentes solutions de conception, d’évaluer l’efficacité et l’ergonomie des systèmes constructifs proposés et d’anticiper d’éventuels problèmes ou conflits lors de la phase d’exécution.

De plus, la représentation 3D facilite la communication avec les autres membres de l’équipe de conception, les clients et les parties prenantes, leur permettant de comprendre facilement la conception proposée et de contribuer activement au processus décisionnel. Ainsi, la modélisation tridimensionnelle accélère non seulement le cycle de conception, mais favorise également l’innovation et l’expérimentation de nouvelles solutions de construction, contribuant ainsi au progrès de tout le secteur de la construction.

Impression 3D

L’impression 3D a parcouru un long chemin depuis les années 80, passant d’une technologie de niche à un outil innovant utilisé dans divers secteurs. Dans le contexte architectural, l’impression 3D émerge comme une force motrice dans la transformation du processus de construction. Cette technologie utilise des imprimantes 3D pour créer des composants structurels de bâtiments directement à partir du modèle numérique 3D. Elle est rapide, efficace et permet des formes architecturales complexes même avec des délais et des coûts de construction réduits.
Le marché mondial de la construction en 3D devrait croître de 91% d’ici 2028, un signe éloquent de son importance croissante. Cette croissance est largement attribuée à la diffusion de projets de construction durable, les entreprises adoptant de plus en plus l’impression 3D pour réduire les coûts de construction et construire des bâtiments durables et écoénergétiques.

Maison réalisée avec systèmes constructifs innovants l'impression 3D

Maison réalisée avec systèmes constructifs innovants l’impression 3D

L’implémentation de l’impression 3D offre de nombreux avantages, notamment une plus grande précision, efficacité, réduction des coûts de main-d’œuvre et raccourcissement des délais de construction. Des pays comme les Émirats arabes unis se sont rapidement adaptés à cette technologie, visant à construire 25% des bâtiments à Dubaï avec l’impression 3D d’ici 2030.

En Europe et aux États-Unis, la tendance gagne du terrain. En novembre 2020, PERI GmbH a commencé la construction du plus grand immeuble résidentiel imprimé en Europe, tandis qu’en Allemagne, le premier immeuble résidentiel imprimé ayant reçu le prix German Innovation Award a été achevé. Aux États-Unis, des maisons imprimées en 3D sont déjà en vente. Les matériaux utilisés pour la construction des maisons vont du béton à la terre crue, en passant par des composés fabriqués à partir de matériaux végétaux recyclés.

Les avantages de l’impression 3D appliquée à la construction sont nombreux : 

  • coûts de construction plus bas : l’impression 3D se révèle plus économique que les techniques traditionnelles, nécessitant moins d’énergie, de main-d’œuvre et permettant une utilisation plus efficace des matériaux ;
  • meilleure durabilité : outre son économie, l’architecture imprimée en 3D se distingue par son faible impact environnemental. Alors que le béton armé est couramment utilisé dans la construction traditionnelle, les entreprises d’impression 3D expérimentent des matériaux plus durables tels que la terre crue, le bambou biodégradable et les thermoplastiques recyclables ;
  • délais de construction plus courts : l’un des principaux avantages est la rapidité de construction. Les maisons imprimées en 3D peuvent être construites en quelques jours par rapport aux mois nécessaires avec les techniques traditionnelles. Des projets comme YHNOVA en France, imprimé en 54 heures, démontrent l’efficacité de cette technologie. Mighty Buildings, une société californienne, peut imprimer une unité en 24 heures, offrant ainsi une solution rapide pour répondre à la demande de logements abordables ou pour fournir des abris dans des zones touchées par des catastrophes naturelles ;
  • liberté de conception : l’impression 3D ne limite pas la créativité, des formes complexes, courbes et personnalisées peuvent être imprimées, ce qui serait autrement très difficile à reproduire.

L’impression 3D est directement liée à la conception 3D BIM. Du modèle numérique, en effet, on passe automatiquement à celui réel. C’est pourquoi il est fondamental de partir d’un modèle précis, réalisé avec des logiciels de conception architecturale BIM appropriés.

Systèmes constructifs innovants : bâtiments préfabriqués en bois

Les modules préfabriqués en bois sont fabriqués en usine et assemblés sur le chantier. Le bois est léger, durable, avec des caractéristiques sismiques de haut niveau et peut être rapidement travaillé mais aussi recyclé ou réutilisé à la fin du cycle de vie du bâtiment.
Les bâtiments préfabriqués en bois s’adaptent à de nombreux besoins, permettant une grande flexibilité de conception. Les technologies actuelles permettent également de construire des bâtiments en bois préfabriqué à plusieurs étages.

Actuellement, l’un des bâtiments les plus hauts avec une structure en bois est la tour Mjøsa, conçue par Voll Arkitekter et composée de 18 étages hors sol. L’esthétique typique des bâtiments en bois est appréciable mais, lorsqu’elle n’est pas appréciée, elle peut être conçue en ligne avec les bâtiments traditionnels : les façades peuvent en effet être enduites ou finies avec le revêtement désiré.

Bâtiments préfabriqués en bois

Bâtiments préfabriqués en bois

Dernière remarque, les systèmes modulaires préfabriqués offrent certains délais et coûts pour le chantier, l’utilisation d’un matériau durable, une efficacité énergétique maximale des enveloppes et un impact environnemental minimal.

Systèmes constructifs innovants : préfabriqués en béton et autres matériaux mixtes

Souvent, les innovations ne sont que le résultat de l’évolution de matériaux couramment utilisés. Outre le bois, d’autres matériaux typiques du bâtiment sont réinventés et réutilisés sous une nouvelle forme. Nous parlons des structures préfabriquées en béton armé, en acier ou en systèmes mixtes, qui utilisent des éléments structuraux déjà réalisés, à assembler sur le chantier. Les avantages de l’utilisation de modules préfabriqués sont liés à la possibilité d’avoir des chantiers rapides et des coûts facilement prévisibles. De plus, l’utilisation combinée de matériaux différents peut améliorer la résistance de la structure, la performance énergétique et la durabilité.

Systèmes constructifs innovants : briques perforées en bois

Particulièrement innovant est le système qui prévoit l’utilisation de briques perforées en bois. Les éléments sont similaires à ceux traditionnels en brique (en termes de forme et d’épaisseurs disponibles sur le marché) mais sont assemblés sans l’utilisation de mortiers ou d’autres colles. Le système de montage est entièrement à sec, les briques en bois sont brevetées avec un système d’emboîtement qui permet de connecter facilement les éléments entre eux (comme Lego pour être clair). Des cloisons peuvent être réalisées mais aussi des murs périphériques et peuvent être laissées apparentes, enduites ou recouvertes d’une couche d’isolation thermique par l’extérieur.

Conteneurs

La transformation de conteneurs maritimes en habitations ou espaces commerciaux est une solution modulaire innovante en vogue depuis plusieurs années. Les conteneurs offrent une structure robuste et sont facilement transportables et assemblables entre eux comme des structures modulaires, pour réaliser des bâtiments de tailles personnalisées. Cette approche est appréciée pour sa durabilité, la réduction des délais de construction et la polyvalence architecturale. Cependant, elle nécessite des modifications adéquates pour les rendre confortables d’un point de vue spatial, climatique et esthétiquement agréable.

Maison faite avec des conteneurs un système constructif innovant

Maison faite avec des conteneurs un système constructif innovant

Systèmes constructifs innovants : paille, bambou et terre crue

L’utilisation de ressources telles que la terre, la paille, le bois et le bambou dans le domaine de la construction suscite généralement des incertitudes dans la mentalité occidentale, où prédomine l’utilisation du béton armé. Il est juste de rappeler, cependant, que près de 5 milliards d’individus dans le monde vivent encore dans des logements construits avec des matériaux naturels, bénéficiant d’un meilleur confort, de santé et de bien-être.

Les maisons en paille

Les techniques de construction des maisons en paille varient d’un endroit à l’autre, en fonction surtout des besoins climatiques et des traditions constructives.
Aux États-Unis, la structure porteuse est souvent composée de barres d’acier pour maintenir les bottes de paille alignées, tandis que le treillis soudé est utilisé pour fixer l’enduit. Combiner la paille avec des enduits à la chaux ou à la terre favorise la respirabilité des murs et résout le problème de la formation de moisissures. Les installations de carreaux et de revêtements peuvent être réalisées comme dans une maison normale.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, la paille est peu sujette aux incendies : des tests montrent qu’un mur de bottes de paille peut résister à des températures jusqu’à 1010 °C pendant trois heures, permettant ainsi l’évacuation des locaux et le contrôle des flammes.

La paille est également un excellent isolant thermique, permettant des économies d’énergie considérables pour le chauffage. Elle est également efficace comme isolant acoustique et est respirante, favorisant l’échange d’air dans le bâtiment et, contrairement au foin, ne provoque pas d’allergies et n’est pas sujette aux attaques de parasites. Une fois enduite, elle est également inaccessible aux rongeurs.

D’un point de vue structurel, la paille peut supporter des charges supérieures à 15 tonnes par mètre carré et résiste bien aux événements sismiques.

La structure brute d’une maison en paille peut être terminée en moins de deux semaines : la pose des balles ne prend que quelques heures. Avec une bonne conception, le bâtiment peut durer des décennies, à condition d’être protégé par des enduits de qualité. Comme la paille est considérée comme un matériau de rebut, les coûts sont faibles : le prix d’une botte de paille varie de 2,5 à 3,5 euros. Pour une maison de 150 m², avec environ 400 bottes de paille, le coût total est d’environ 1000 à 1400 euros.

Les maisons en bambou

Le bambou est un matériau écologique et renouvelable, apprécié pour sa légèreté, sa flexibilité et sa résistance, au point d’être surnommé l’acier végétal. Il est résistant au feu, contrairement au bois, brûlant à des températures très élevées.
Sa résistance en fait un matériau idéal aussi bien pour le mobilier et les murs que comme élément structurel pour la construction de bâtiments entiers. En architecture, il est utilisé pour les colonnes, les poutres et les panneaux, offrant des solutions raffinées et efficaces. Il est largement utilisé également pour les revêtements de sol intérieurs, alliant parfaitement fonctionnalité et esthétique : les sols en bambou sont résistants et durables dans le temps, sans craindre les rayures et moins coûteux que le bois massif. D’un point de vue structurel, le bambou offre une grande rigidité et une grande flexibilité, si bien que les habitations antisismiques à Hawaii sont construites avec ce matériau pour sa fiabilité.

Maison en bambou

Maison en bambou

La beauté intrinsèque du bambou en fait un excellent choix pour l’aménagement intérieur, conférant élégance et durabilité aux espaces.

Après la coupe, le bambou met seulement 3 à 5 ans pour se régénérer, en faisant une ressource écologique dans le domaine de la construction.

Le bambou trouve de nombreuses applications dans la bioconstruction, contribuant à la réalisation de bâtiments économiques et énergétiquement efficaces. En Amérique latine et en Asie, il est utilisé depuis des siècles pour créer des habitations résistantes et fascinantes.

Des architectes comme Shigeru Ban, Kengo Kuma, Simon Velez et Frei Otto ont exploré ses potentialités pour créer des structures innovantes et écologiques.

Les maisons en terre crue

La construction en terre crue (avec la technique adobe et pisé) est une approche ancienne et durable. L’argile, en effet, est un matériau utilisé depuis toujours dans la construction, sous forme de briques, carreaux, pavés, etc.
La définition de «terre crue» fait référence à un matériau argileux, non cuit, largement utilisé dans la construction, offrant d’excellentes performances et facilement disponible à faible coût. On peut distinguer entre des terres argileuses maigres et grasses, la première se caractérisant par une consistance très plastique et des propriétés liantes, et la seconde par une plus grande teneur en sable.

Ce type de terre est extrait de couches sous-jacentes au sol superficiel et comprend de l’argile, du sable, du gravier et du limon, résultant de la désagrégation des roches et doté d’excellentes propriétés liantes. La couleur de la terre crue varie en fonction de son origine, fournissant des indications sur le type de matériau extrait.

Il existe différentes systèmes constructifs qui exploitent la terre crue, permettant une grande liberté d’expression en termes de formes et de dimensions. Indépendamment de la technique choisie, l’argile est laissée à maturer pendant une période de temps déterminée et, selon les besoins, peut être mélangée à d’autres matériaux tels que le sable et la paille.

La terre crue a été largement réévaluée par la bioconstruction pour sa valeur en termes d’écologie et de durabilité.

La terre crue est avant tout un matériau naturel et biocompatible, avec un impact environnemental minimal. Elle est abondante et ne nécessite pas de traitements ultérieurs avec des produits chimiques ou des processus de production générant des déchets polluants. À la fin de son cycle de vie, elle peut être restituée à la nature sans traitements particuliers.

Outre la durabilité, les constructions en terre crue offrent d’autres caractéristiques intéressantes, comme une masse et une inertie thermique considérables. Les murs, d’environ un demi-mètre d’épaisseur, ont d’excellentes capacités thermiques et peuvent retenir l’humidité atmosphérique.

Les propriétés d’insonorisation et de résistance au feu de la terre crue sont également bonnes. De plus, l’argile est malléable et ductile et s’adapte à des constructions de formes et de tailles variées.

Malgré ses atouts, la terre crue est sensible à l’eau et nécessite une protection adéquate contre les éléments. Des revêtements appropriés, tels que de la chaux, peuvent être nécessaires pour préserver les performances et la résistance.
Chacun de ces systèmes de construction présente des avantages et des inconvénients, et le choix dépend de divers facteurs, notamment l’emplacement, les exigences structurelles, la durabilité et la conception architecturale.

 

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