La DFAB House est le premier bâtiment habité au monde à avoir été conçu et construit numériquement – à l’aide de robots et d’imprimantes 3D.
La DFAB House de trois étages trône sur la plateforme supérieure du NEST, le bâtiment modulaire de recherche et d’innovation des deux instituts de recherche suisses Empa et Eawag inauguré en 2016. DFAB signifie «Digitale Fabrikation» (fabrication numérique), tandis que NEST est l’acronyme de «Next Evolution in Sustainable Building Technologies», ou prochaine étape du développement des technologies de construction durable. L’objectif est de combler le fossé entre le laboratoire de recherche et le marché et d’aider les solutions durables dans le secteur de la construction à s’imposer plus rapidement. Dans le cas de la DFAB House, l’équipe de recherche de l’ETH Zurich et ses partenaires industriels ont transféré plusieurs nouvelles technologies numériques du laboratoire à des applications du monde réel. Le concept de ce bâtiment est issu du Pôle de recherche national «Fabrication numérique».
La première chose qui attire l’attention est le plafond en béton au-dessus de l’étage inférieur de la DFAB: les structures décoratives complexes, courbées en trois dimensions, seraient tout simplement irréalisables avec un coffrage conventionnel. Ces éléments de plafond sont des positifs coulés avec du béton renforcé de fibres à ultra-haute résistance, dont les moules négatifs proviennent d’une imprimante à sable 3D grand format. «Smart Slab» est le nom de cette nouvelle méthode. L’utilisation de coffrages imprimés en 3D permet d’économiser ou de réutiliser une grande quantité de matériaux. La plasticité du béton peut également être pleinement exploitée et les besoins en matière de technique du bâtiment, d’éclairage et d’acoustique sont déjà intégrés dans ces éléments optimisés jusque dans les moindres détails avant la mise en place du béton.
L’autre élément qui attire l’attention est la paroi en béton qui définit l’espace au centre du bâtiment et qui supporte la totalité de la charge du plafond «Smart Slab». Contrairement aux éléments de plafond produits en atelier, celle-ci a été créée sur le chantier. Elle a été créée par le «In situ Fabricator», un robot mobile conçu pour la fabrication sur place de composants. Il dispose d’un système de navigation et de capteurs intégré et peut se positionner et se déplacer de manière autonome. Le moule en treillis («Mesh Mould») créé par ce processus robotisé est à mailles très serrées et remplit donc simultanément la fonction de coffrage en béton. D’ailleurs, cette dernière opération n’était pas l’œuvre du robot, mais des humains. Le procédé Mesh Mould permet de produire des géométries complexes et statiques efficaces sans coûts supplémentaires et d’éliminer les déchets de construction.
YouTube video: NEST Dübendorf: le premier immeuble du monde construit numériquement.
Les forces du vent agissant sur les surfaces des fenêtres de l’étage inférieur de la DFAB House sont amorties par des profils en béton dimensionnés individuellement. Ces éléments verticaux ont été réalisés dans l’atelier de l’Empa à l’aide d’un procédé de coffrage coulissant robotisé appelé «Smart Dynamic Casting» qui permet d’obtenir des sections transversales variables sans déchets de coffrage. Au cours du processus, un moule de coffrage d’environ 40 centimètres de long est continuellement rempli de béton et tiré vers le haut par le bras du robot, tandis qu’à l’intérieur du coffrage, une plaque finement ajustée agit comme un curseur intelligent pour assurer le dimensionnement correct du profil en béton. En cas de fuite de l’élément de coffrage, grâce à des additifs spécifiques, le béton ne prend que dans la mesure où il se supporte lui-même et le poids du béton qui le recouvre.
Les deux derniers étages de la DFAB House sont constitués d’éléments de construction en bois hautement intégrés, dont certains forment des angles libres entre eux. Des robots ont assemblé cette construction de poteaux et de poutres en bois, qui a été planifiée en CAO et transmise directement aux machines CNC. Ces assemblages spatiaux en bois se caractérisent par une grande rigidité dans toutes les directions. L’équipe de recherche a mis au point des modules high-tech translucides dans lesquels des granulés d’aérogel assurent une excellente isolation thermique entre une membrane intérieure et une membrane extérieure. Elle a inséré ces modules dans le cadre en bois. À la main, car la très grande flexibilité du système de membranes dans toutes les directions aurait décontenancé n’importe quel robot!