Charles Coiffier est un architecte rompu à la méthode BIM, mais, de son propre aveu, il a éprouvé une certaine crainte à franchir le pas vers l’impression 3D d’un bâtiment tant la perspective de collaborer avec un robot éveillait chez lui des scénarios de standardisation peu invitants. Approché par le service de l’innovation de Nantes Métropole Habitat, l’organisme parapublic bailleur social et maître d’ouvrage d’Yhnova, il ne s’est engagé dans ce projet atypique qu’après que Benoit Furet, le professeur et chercheur de l’Université de Nantes au cœur du procédé constructif innovant BatiPrint3D™, lui ait affirmé que la robotisation était au contraire une alliée du processus créatif.
Charles Coiffier, architecte et associé de TICA architectes & urbanistes
De sa rencontre avec le chercheur, Coiffier a particulièrement retenu que, pour le robot-imprimante guidé par la maquette BIM, « une courbe n’est pas plus compliquée qu’une ligne droite ». Il s’est dit qu’il allait tirer profit de la souplesse d’exécution de BatiPrint3D™ non seulement pour contextualiser pleinement le bâtiment sur un terrain contraignant, mais aussi pour revisiter le plan type du logement HLM T5 (superficie de 95 m 2 ).
Afin de conserver 100 % de la canopée en présence et d’imbriquer au mieux bâti et paysage, l’architecte a d’abord fait appel au Service des Espaces verts et de l’Environnement de la Ville de Nantes, avec qui il a cartographié le réseau racinaire des arbres. Cet exercice a permis de déterminer les points les plus propices pour marquer les contours de la maison, dont découle la forme de Y, bien visible du ciel. À hauteur d’humain, ce sont surtout les courbes qui donnent à Yhnova sa personnalité : le robot mis au défi par l’architecte s’est effectivement acquitté de sa tâche de monter des murs de 4 mètres de haut tout en courbes et percés de plusieurs ouvertures, 165 m 2 d’élévation au total.
L’intérieur de l’habitat est conçu en trois mini unités disposées de façon rayonnante autour d’un espace central faisant office de séjour. Chacune des unités est constituée d’une ou deux chambres et d’un espace servant – salle de bain, cuisine ou cellier. Photo : TICA architectes & urbanistes + Corentin Schieb
Chantier
Il n’a fallu que cinquante-quatre heures pour construire les murs de la maison, dont trente-trois heures de « temps robot » entrecoupé par de l’activité scientifique in situ. Charles Coiffier estime que trois semaines au moins auraient été nécessaires sur un chantier traditionnel pour parvenir à semblable réalisation.
Ces cinquante-quatre heures record sont le résultat d’une année de développement et de gestion de projet. Une année très précisément entre la constitution de l’équipe de maîtrise d’œuvre et le démarrage du chantier avec robot, soit de l’édition 2016 à l’édition 2017 de l’événement Nantes Digital Week, un jalon que s’est imposé l’équipe du projet et qui a servi de vitrine au moment du chantier. Faute de temps alloué à la conception, le toit de la maison a d’ailleurs été construit en mode traditionnel, indique Charles Coiffier. Le robot n’a pas non plus participé au coulage de la dalle de béton puisqu’il doit circuler sur ce type de surface pour fonctionner avec précision. En somme, le procédé constructif innovant BatiPrint3D™ a fait ici ses preuves spécifiquement dans le domaine de la maçonnerie.
Comment a travaillé ce « robot- maçon » ? Monté sur un véhicule guidé automatisé – ses « jambes » –, le robot était guidé par un capteur laser à partir de la maquette numérique de l’habitat. C’est une opératrice munie d’un joystick qui contrôlait son bras polyarticulé, du bout duquel une tête d’impression injectait en couches successives trois parois de matériaux : deux parois parallèles de mousse polyuréthane expansive servant, dès que durcies, de coffrage à une paroi de béton structurant.
Photos : Valéry Joncheray / Nantes Métropole Habitat / Université de Nantes
L’élévation des murs terminée, le robot est ressorti de l’habitation par un cadre de porte prêt à recevoir la menuiserie. La mousse a été laissée en place pour procurer l’isolation intérieure et extérieure sans pont thermique de la maison. Les travaux de second œuvre se sont déroulés en mode traditionnel pendant trois mois.
Certification
Avec l’habitabilité de la maison comme objectif, il était essentiel d’obtenir une certification reconnue ainsi que l’aval des assureurs. Et étant donné que plusieurs techniques innovantes caractérisent ce projet, l’équipe d’Yhnova a dû constituer, en amont du chantier, un dossier dit d’Appréciation Technique d’Expérimentation (ATEx). Ce dernier couvrait divers aspects liés à la faisabilité, à la sécurité, aux risques de désordre du projet, ainsi qu’à son potentiel à recevoir la certification. À titre d’exemple : la solidité de la structure – résistance sismique comprise –, l’étanchéité des matériaux et la performance thermique ont fait l’objet de tests en laboratoire. L’ATEx d’Yhnova a été validée par un groupe d’experts agissant sous l’égide du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), un établissement public français dont la mission est à la fois de garantir la qualité et la sécurité des bâtiments et d’accompagner l’innovation dans le domaine de la construction. La certification du CSTB en tant que telle a été octroyée après la construction.
Bilan
Charles Coiffier ressort satisfait de cette première expérience avec la 3D XXL, qui a livré la promesse de la personnalisation du design à coût maîtrisé (195 000 €). Et la démarche de développement durable ? L’utilisation de la mousse de polyuréthane comme matériau de base du procédé BatiPrint3D™ n’est-elle pas critiquable sur le plan de l’empreinte écologique ? L’architecte opine tout en tempérant. Il souligne que ce matériau n’est pas issu de la matière première du pétrole, mais de déchets de l’industrie pétrolière et, surtout, que sa haute performance thermique permet une économie de chauffage récurrente, facteur d’autant plus appréciable dans un cadre d’habitat social (une économie de l’ordre de 30 % est estimée dans ce projet, selon l’indicateur RT 2012). Puis, de citer des aspects clairement verts du projet : chantier quasi zéro déchet – aucune chute de matériaux, les contenus de quatre bidons de mousse et d’une toupie de béton avaient été planifiés et ont été exactement utilisés –, réduction du transport de matériaux et de main-d’œuvre, protection d’arbres matures. Il croit que BatiPrint3D™ offre aux concepteurs d’optimiser davantage l’usage des matériaux, par exemple en variant l’épaisseur des murs selon une exposition sud ou nord. Il imagine de plus que la mousse de polyuréthane pourrait être remplacée, à terme, par de la terre crue biosourcée.
Plus globalement, Charles Coiffier juge que le procédé constructif présente les atouts pour « permettre de ramener sur le site les qualités de la préfabrication, à savoir : précision et rapidité de mise en œuvre, contrôle, augmentation de la sécurité, réduction de la pénibilité de chantier et des nuisances pour le voisinage ».
Vers Yhnova 2, 3, 4…
Nantes Métropole Habitat souhaite poursuivre l’aventure de la construction 3D en agrandissant son parc immobilier. Pour Yhnova 2, l’organisme projette de faire ériger de plus grands volumes. Côté design, la créativité serait encore une fois privilégiée. En écho à ce nouveau projet, les travaux actuels au sein du Laboratoire des sciences du numérique de Nantes et de l’Institut de recherche en génie civil et mécanique s’orientent vers la capacité à développer des constructions en hauteur, mais aussi à imprimer à partir de matériaux biosourcés. Parallèlement, et durant toute la première année de mise en service de la maison Yhnova, ses multiples capteurs et équipements de domotique fournissent des données aux chercheurs qui analysent et évaluent le comportement des matériaux ainsi que la performance thermique et acoustique de l’habitation.
En outre, la valorisation de la recherche est à l’agenda. Les établissements de recherche ont mandaté la SATT Ouest Valorisation pour mener ce programme à bon port. Assumant également le rôle d’investisseur technologique, l’organisme accompagnera stratégiquement et financièrement BatiPrint3D™ jusqu’au stade de la commercialisation de masse, soit le niveau 9 sur l’échelle Technology Readiness Level (TRL) de maturation des innovations technologiques. Le projet pilote Yhnova a déjà généré sept brevets, une start-up, et a permis de hisser BatiPrint3D™ au niveau 7 de l’échelle TRL. L’ambition affichée par la SATT est d’en faire le leader européen de l’impression 3D
appliquée au bâtiment, ce qui nécessitera de garder le cap sur l’amélioration continue et d’imprimer plusieurs nouvelles versions d’Yhnova dans les années à venir. Pour l’heure, l’initiative nantaise peut se vanter d’être remarquablement dynamique et performante, même comparée à des concurrents poids lourds tels que le gouvernement de Dubaï ou la NASA qui vise, un jour pas si lointain, à réaliser l’impression d’habitations 3D en sol lunaire ou martien. À suivre !
Les acteurs du projet
Yhnova est le fruit d’une ambitieuse ingénierie de projet et d’une collaboration inédite réunissant en consortium plusieurs organisations de types et échelles divers.
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Consortium
Recherche : Université de Nantes + CNRS
Maître d’ouvrage et propriétaire du terrain : Nantes Métropole Habitat
Appui via la démarche Nantes City Lab : Nantes Métropole
Fournisseurs / équipementiers : BA System Robotique + Careterro Meyer + Lafarge
Entrepreneur général : Bouygues Construction
Financement principal : Caisse des Dépôts
Certification : CBST
Valorisation technologique et financement : SATT Ouest Valorisation
Photo : TICA architectes & urbanistes + Corentin Schieb
TICA architectes & urbanistes + Correntin Schleb 
