Imprimer sa maison : un rêve bien réel

Cet article s’inscrit dans la collection « VOIR GRAND ».
Par Pascale Guéricolas, journaliste.

L’industrie de la construction vivra une révolution avec l’arrivée des imprimantes 3D sur les chantiers et en usine, transformant ainsi complètement la façon de bâtir nos maisons et nos édifices. Incursion dans ce nouvel univers avec un projet québécois novateur.

Un bras robotisé se pose exactement où le premier mur de la maison doit être bâti. La pompe entre en fonction et la buse de l’imprimante dirige les matériaux à l’endroit fixé. Lentement, les couches de béton se déposent l’une sur l’autre comme autant de couches géantes de spaghettis. Peu à peu, l’enveloppe de béton prend forme, avec précision, jusqu’à correspondre à la figure illustrée sur le plan. En moins de 24 heures, l’enveloppe de la maison surgit ainsi de terre.

Cette scène ne relève pas de la science- fiction. Elle se répète de plus en plus sou- vent dans le monde. Bientôt, elle deviendra réalité ici, au Québec, grâce à l’initiative de David Laliberté. (Voir l’encadré.) Cet ingénieur en génie mécanique s’intéresse depuis plu- sieurs années à ce processus de construction complètement nouveau, sans coffrages. Une telle méthode pourrait contribuer à résoudre la crise du logement en accélérant la réalisation de nouvelles habitations, qui seraient de surcroît construites avec moins de personnel, ce qui jouerait sur les coûts.

« Pour l’instant, cela reste des hypothèses de travail à vérifier », tempère David Laliberté, professeur en maintenance industrielle au cégep de l’Abitibi-Témiscamingue. Il a voulu en avoir le cœur net en lançant le Regroupement innovant pour l’impression d’immeubles durables (RI³D-FRQNT). Ce groupe, formé de chercheuses et de chercheurs de l’École de technologie supérieure et de l’Université de Sherbrooke, a aussi comme partenaires cinq cégeps, six centres collégiaux de transfert de technologie et deux partenaires du milieu. Il se donne une mission : explorer ce domaine en pleine gestation.

Dotée d’une subvention de 900 000 dollars pour trois ans du Fonds de recherche du Québec — Nature et technologies du ministère de l’Économie, de l’Innovation et de l’Énergie, l’alliance regroupe des spécialistes du béton, de la construction Lean, de la modélisation des données du bâtiment (BIM), de l’impression 3D, ainsi que des personnes du secteur de l’architecture et du génie civil. Un de ses buts : concevoir une méthodologie d’impression, de transport et d’assemblage d’un bâtiment modulaire.

«  J’ai pris conscience que les procédés de construction comprenaient beaucoup d’étapes et de matériaux différents. Sans compter que leur mise en place reposait grandement sur la minutie des personnes »

David Laliberté, ing.

Des modules construits en usine

Jusqu’à présent, les maisons ou bâtiments imprimés utilisent généralement une imprimante 3D directement sur le chantier. Or, ce procédé limite son utilisation au Québec en raison des températures hivernales, puisque le béton risque de geler une partie de l’an- née quand il sort de sa pompe. C’est pourquoi David Laliberté préconise une construction modulaire en usine, avant de transporter les murs sur place.

« L’impression 3D utilisée dans un contexte de préfabrication pourrait présenter de nombreux avantages, note l’ingénieur. Comme il s’agit d’un mode de fabrication hautement automatisé, on gagne beaucoup de temps, ce qui permet de produire plus de logements par travailleuse et travailleur. C’est un avantage indéniable en ces temps de pénurie de personnel. D’autre part, ce mode de construction optimise la structure et peut produire des murs aux formes arrondies sans limitation. »

Oser des maisons différentes

Les membres du RI³D-FRQNT se réjouissent de cette nouvelle liberté de création. C’est particulièrement le cas de l’architecte Louis-Étienne Rose, enseignant en technologie de l’architecture au cégep André-Laurendeau, qui rêve de formes ovales et d’arêtes de murs plus souples que les angles droits habituels. Il songe aussi à une valorisation de la finition du béton brut et apparent en façade pour mettre en valeur la stratification des différentes couches imprimées. Le fait de travailler en usine assure un meilleur contrôle, par exemple pour l’installation des fenêtres.

Cependant, ce mode de construction amène aussi son lot de difficultés techniques, en particulier concernant la capacité hygrothermique des murs. « Il faudra évaluer comment réagit l’isolant qu’on choisira pour remplir la cavité, remarque l’architecte. Si ce n’est pas de l’uréthane giclé, des tests seront nécessaires pour s’assurer du contrôle des transferts d’humidité au travers de l’enveloppe en apposant peut-être une membrane liquide à l’intérieur du coffrage. »

Avec l’Association des professionnels de la construction et de l’habitation du Québec (APCHQ), Louis-Étienne Rose se penche aussi sur les contraintes liées au Code du bâtiment. Il faut réfléchir à des mesures d’équivalence pour veiller à ce que cette enveloppe imprimée atteigne les mêmes objectifs qu’une construction de béton mis en place. Le fait de travailler à la construction d’un bâtiment réel amène également à se questionner sur les corps de métiers sollicités dans cette nouvelle façon de construire. Des discussions ont été amorcées à ce sujet.

« Il faudra évaluer comment réagit l’isolant qu’on choisira pour remplir la cavité. Si ce n’est pas de l’uréthane giclé, des tests seront nécessaires pour s’assurer du contrôle des transferts d’humidité au travers de l’enveloppe en apposant peut-être une membrane liquide à l’intérieur du coffrage. »

Louis-Etienne Rose, Architecte et enseignant en technologie de l’architecture au cégep André-Laurendeau

Une première maison québécoise à imprimer

Les scientifiques du RI³D-FRQNT disposent d’un projet à grande échelle pour explorer l’impression 3D sur toutes ses facettes. Cette équipe de pointe construit actuellement un jumelé d’environ 1200 pieds carrés de surface au sol. Il comprendra un sous-sol, un rez-de-chaussée et un étage pour deux familles, recrutées par l’organisme Habitat pour l’humanité Québec (voir l’encadré). Il s’agirait d’une première du genre au Québec, et elle devrait voir le jour à l’automne 2025.

« C’est un projet de recherche-action intégrateur, souligne David Laliberté. Actuellement, les renseignements sur ce processus de fabrication viennent essentiellement des entre- prises qui produisent les imprimantes. » Les informations ainsi rassemblées vont donc permettre aux 20 000 membres de l’APCHQ de disposer d’une base de données solide avant de se lancer dans l’impression 3D.

Marco Lasalle, le directeur technique de l’APCHQ, constate un grand intérêt pour ce mode de construction de la part des gestionnaires d’entreprises qui donnent des contrats en sous-traitance. « Pour l’instant, il n’est pas question d’imprimer tous les bâtiments en 3D, mais d’offrir une option supplémentaire, explique-t-il. La construction pour Habitat pour l’humanité Québec va nous permettre de tester les limites du Code du bâtiment par objectifs, puisqu’il s’agit d’un nouveau modèle de réalisation. »

Quel béton utiliser ?

Marco Lasalle signale aussi que plusieurs propriétaires d’entreprises de construction se posent des questions sur le type de béton à utiliser dans une imprimante. Il faut en effet un mélange assez humide et maniable pour traverser la buse, mais qui ne s’affaisse pas, puisque aucun coffrage ne le soutient. De telles questions passionnent le professeur de génie civil Ammar Yahia, titulaire de la Chaire de recherche industrielle du CRSNG sur le développement des bétons fluides à rhéologie adaptée et leur utilisation dans les infrastructures en béton, à l’Université de Sherbrooke.

Avec son équipe, le directeur scientifique du RI³D-FRQNT s’intéresse à la façon dont il faut revoir la composition des bétons imprimables pour réduire leur empreinte carbone, une dimension non négligeable puisque chaque tonne de ciment, ingrédient essentiel à la production du béton, produit 0,8 tonne de CO2. Ce bilan carbone constitue d’ailleurs un aspect critiqué du mode de construction en impression 3D qui n’utilise pas de bois, un matériau considéré comme plus durable.

« La construction pour Habitat pour l’humanité Québec va nous permettre de tester les limites du Code du bâtiment par objectifs, puisqu’il s’agit d’un nouveau modèle de réalisation. »

Marco Lasalle, Directeur technique de l’APCHQ

Construire plus vert

« Nous essayons de réduire l’utilisation de ciment, dommageable pour l’environnement, en remplaçant cette poudre par d’autres ingrédients, comme des cendres volantes, des argiles calcinées, du verre broyé, ou d’autres adjuvants tels que les agents de viscosité », indique Ammar Yahia. Son équipe vient d’ailleurs de déposer une demande de brevet pour un produit qui emploie des algues rouges comme adjuvant. Cet ingrédient baisse l’empreinte environnementale du béton, tout en améliorant sa consistance.

Au fil des recherches, les différentes recettes mises au point ont permis à ces spécialistes de diminuer de 60 % le taux de CO2 du béton imprimable. Un gain non négligeable, mais moins intéressant cependant que le développement d’un autre mélange dans le laboratoire de l’Université de Sherbrooke. Il s’agit d’argile crue ou de poudre activée qui élimine l’utilisation de ciment.

En plus de réfléchir à l’impact environnemental du béton, Ammar Yahia s’attaque aussi à la question des différences de maturité entre les couches successives, déposées l’une après l’autre par la tête de l’imprimante pour constituer un mur. Ces différences peuvent créer des interfaces, et ainsi laisser passer la vapeur et l’humidité à terme. Là encore, le soin à apporter à la texture facilite une meilleure adhésion du mélange.

Impression 3D dans le cadre des activités de la Chaire industrielle du CRSNG sur
les bétons fluides à rhéologie adaptée du Pr Yahia de la faculté de génie de l’Université de Sherbrooke.

Imprimante recherchée

Si les spécialistes du RI³D-FRQNT réfléchissent cette année à la conception des murs, au plan de la maison construite pour Habitat pour l’humanité Québec, et à la façon d’assembler et de transporter cette construction modulaire hors norme sur le terrain, la question de l’imprimante à utiliser revient aussi souvent dans les discussions. « Ma vision, c’est d’acheter une imprimante grand format et de créer un laboratoire d’impression destiné à la construction où se feraient différents tests de formes et de matériaux », s’exclame David Laliberté, directeur principal du regroupement.

Diplômée en génie mécanique, Elisabeth Laroche, chercheuse chez INÉDI, un centre collégial de transfert de technologie en design industriel du cégep de Lanaudière, à Terrebonne, pense justement avoir trouvé la perle rare. « C’est un équipement valant environ 730 000 dollars, fabriqué en France, qui dis- pose de bras robotisés et qui se déplace sur des chenilles, explique-t-elle. Cette imprimante a l’avantage de se replier dans un conteneur, ce qui permet de la transporter assez facilement. » Disposer d’un tel outil d’impression à proximité du chantier permettrait sans doute de réduire le transport entre les modules et l’emplacement de la future maison, un atout indéniable pour la logistique d’assemblage. En attendant, l’équipe multidisciplinaire du RI³D-FRQNT continue à travailler sur tous les aspects liés à ce nouveau mode de construction, notamment en tentant d’améliorer les performances énergétiques de tels bâtiments. Qui sait, dans un avenir pas si lointain, la présence d’imprimantes sur les chantiers deviendra peut-être aussi courante que les bennes à béton actuelles.

« Nous essayons de réduire l’utilisation de ciment, dommageable pour l’environnement, en remplaçant cette poudre par d’autres ingrédients, comme des cendres volantes, des argiles calcinées, du verre broyé, ou d’autres adjuvants tels que les agents de viscosité. »

Ammar Yahia, Ph. D., Professeur de génie civil, titulaire de la Chaire de recherche industrielle du CRSNG 

Anatomie d’une fuite : l’histoire de David Laliberté, ing.

En 2018, David Laliberté, enseignant au Département de technologie de maintenance industrielle au cégep de l’Abitibi-Témiscamingue, fait rénover l’enveloppe de sa maison, tout juste acquise. Catastrophe : à la suite d’un gros orage, l’eau entre chez lui. Au fil des réparations, il commence à s’intéresser à la façon dont on construit des murs au Québec. « J’ai alors pris conscience que les procédés de construction comprenaient beaucoup d’étapes et de matériaux différents, dit cet ingénieur en génie mécanique, formé conjointement à l’Université de Sherbrooke et en France, et titulaire d’un MBA. Sans compter que leur mise en place reposait grandement sur la minutie des personnes. » L’ingénieur, qui a dirigé de 2013 à 2018 l’usine de Technosub, une entreprise qui fabrique et conçoit des systèmes de pompage, décide de s’attaquer au dossier. À l’époque, en utilisant la méthode Lean, il avait mis en œuvre des mesures pour simplifier les procédés de travail afin d’améliorer la qualité et d’augmenter la cadence de production.

Par la suite, David Laliberté est attiré par une carrière au cégep, parce qu’il souhaite partager ses acquis. Fort de cette expérience industrielle, il plonge dans le dossier de la construction automatisée des murs, en se renseignant sur le mode d’impression 3D, une procédure moins sujette aux erreurs. Il prend d’abord contact avec COBOD — une entreprise danoise —, qui le met en relation avec nidus3D, un constructeur ontarien qui utilise son procédé. Cela l’amène ensuite à s’entourer des expertes et experts les meilleurs du réseau collégial et universitaire, en mettant sur pied RI³D-FRQNT.

Habitat pour l’humanité Québec et sa première maison imprimée

La crise du logement actuelle touche en premier lieu les familles à faible et à modeste revenu, qui ont de plus en plus de difficultés à se loger à un prix décent. Voilà pourquoi des organismes comme Habitat pour l’humanité Québec voient dans les édifices imprimés une façon de donner accès à la propriété à ces ménages. « Grâce à ce mode de construction très rapide, les coûts devraient baisser, souligne la directrice Shirlane Day. En plus, esthétiquement, les maisons sont jolies. »

Si le projet de RI³D-FRQNT se réalise comme prévu l’an prochain, il s’ajoutera à un édifice de quatre logements déjà bâti en partie avec une imprimante 3D à Leamington, en Ontario, en collaboration avec Habitat for Humanity Windsor-Essex. L’université de cette ville a également apporté sa contribution à ce projet, construit pour des personnes seules et des couples.

Le principe d’Habitat pour l’humanité repose sur la solidarité et le bénévolat. Les familles bénéficiaires contractent une hypothèque sans intérêt de 70 % du coût du logement auprès de cet organisme, puis une autre auprès d’une institution financière. Les remboursements n’excèdent pas 30 % du revenu des propriétaires, qui s’impliquent aussi bénévolement dans la construction ou dans les magasins d’économie circulaire d’Habitat.

Les appartements de cinq pièces et demie qui seront sans doute construit à l’automne 2025 devraient faire le bonheur de deux familles choisies par Habitat pour l’humanité Québec. Heureuse de sa collaboration avec RI³D-FRQNT, la directrice de l’organisme se réjouit de pouvoir donner accès à des logements abordables et durables à la communauté québécoise.

Trois exemples de maisons imprimées canadiennes et américaines

Colombie-Britannique

Des vacanciers adeptes d’expériences différentes séjournent régulièrement depuis trois ans dans la première maison imprimée construite au Canada, en Colombie-Britannique, en bénéficiant de ses murs courbes et enveloppants.

Ce projet hors du commun porte le nom de Fibonacci. Pourquoi ? Parce que ce mathématicien est connu pour une séquence de nombres qui a inspiré la forme de cette enveloppe. D’autres maisons du même type pourraient naître bientôt à proximité, à l’initiative d’un organisme international qui lutte contre l’itinérance. Elles constitueraient les pétales d’une fleur géante.

Alberta

Un autre édifice de 16 logements imprimé par un bras robotisé de 4 pieds a vu le jour récemment en Alberta, à une centaine de kilomètres de Calgary. Cet édifice abrite des membres de la communauté autochtone de Siksika qui sont victimes de violence conjugale et qui sont en quête d’un toit. Selon les entrepreneurs, cette construction en béton constitue un rempart solide contre les très forts vents qui balaient cette région.

Texas

L’un des ensembles les plus spectaculaires de maisons construites selon ces nouveaux standards ne se trouve cependant pas au Canada, mais aux États-Unis. Il s’agit du quartier Wolf Ranch, à une cinquantaine de kilomètres d’Austin, au Texas. Différents modèles de bungalows aux courbes organiques coexistent dans cet ensemble résidentiel. Celui-ci pourrait compter une centaine d’habitations de trois ou quatre chambres d’ici quelques années. Non seulement les maisons sont imprimées en béton, un matériau qui présente une solide résistance aux ouragans fréquents dans ce coin de pays, mais elles disposent aussi de panneaux solaires pour favoriser l’autonomie énergétique.

Maisons imprimées à Austin, Texas, aux États-Unis

La crise du logement en chiffres

• 1,2 MILLION NOMBRE DE NOUVEAUX LOGEMENTS REQUIS AU QUÉBEC D’ICI 2030 POUR COMBLER LES BESOINS.
• 1,3 % TAUX D’INOCCUPATION DU MARCHÉ LOCATIF AU QUÉBEC, LE PLUS FAIBLE EN 20 ANS.

Source : SCHL

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