Architecture du futur Opportunités de la fabrication numérique

Pour la première fois, un robot a construit un toit entier. Le pionnier Matthias Kohler, professeur à l’EPFZ, aborde le futur.

par Edith Arnold 07 nov. 2016

Les professeurs Matthias Kohler (à gauche) et Fabio Gramazio sous le toit en bois de l’Arch_Tec_Lab, qu’ils ont conçu. Photo: Gramazio Kohler Research, EPFZ

Professeur Kohler, en votre qualité d’expert en architecture et en fabrication numérique, quel aspect du nouveau bâtiment de l’institut vous impressionne le plus?

Pour la première fois, nous avons préfabriqué numériquement un toit d’une superficie de 2308 m2. Un seul Robot a exécuté toutes les étapes de travail de manière autonome, de la découpe de planches d’épicéa à l’assemblage. Un exploit unique au monde.

Quelle est la singularité du toit séquentiel?

Ce toit de forme libre est constitué de 48 624 lattes de bois individuelles. Elles ont toutes une longueur différente et sont assemblées les unes aux autres dans un angle spécifique. Contrairement à l’homme, l’ordinateur est capable de venir à bout d’une telle complexité. Notre modèle de données a été mis en œuvre par Erne, à Laufenburg en Argovie. Sur la base de notre projet, l’entreprise de construction en bois a élargi son dispositif de production, en y installant un robot portique. Celui-ci a ensuite fabriqué 168 supports en treillis d’une longueur de 15 m chacun. Le montage, au Hönggerberg (sur les hauteurs de Zurich), a été effectué traditionnellement.

La combinaison du bois et des technologies numériques n’est pas nouvelle en Suisse. Comment le secteur se développe-t-il?

À l’ère numérique, le bois s’avère être un matériau de construction particulièrement performant et durable. Nous nous appliquons à explorer de nouveaux potentiels et à développer des systèmes à même de modifier à la fois les processus de construction et l’architecture. Au rez-de-chaussée du bâtiment de l’institut, nous avons installé un laboratoire de robotique d’une surface de 40 m sur 15 m, destiné à la recherche en matière d’architecture. Nous l’appelons le «Laboratoire du futur». Quatre robots suspendus peuvent accéder à n’importe quel point dans l’espace et y construire un objet, individuellement ou conjointement. Et comme ils peuvent rapidement être rééquipés pour passer du bois au béton ou à l’acier, ils sont très flexibles et affectables aux processus les plus inédits.

S’agit-il d’automatisation?

Non, celle-ci se focaliserait sur des produits toujours similaires. En tant qu’architectes, nous privilégions les systèmes ouverts. Au vu de nos villes à densité extrême, constituées d’anciens et de nouveaux bâtiments, il devient de plus en plus important de développer l’architecture pour un lieu spécifique.

Quelles questions abordez-vous dans votre laboratoire du futur?

C’est aujourd’hui que sont construites les villes du futur. Il est impératif de procéder en ménageant les ressources matérielles. C’est pourquoi nous testons des systèmes de construction d’avant-garde. Le projet «Mesh Mould», par exemple, va même au-delà de la préfabrication. Nous étudions ainsi les structures en treillis pouvant être réalisées par des robots sur le chantier même, puis remplies avec du béton. Qu’ils soient droits, voire à courbure simple ou double, ces murs se passent désormais de coffrage et demandent donc beaucoup moins de matériel. Soulignons que le béton est le principal pollueur mondial en termes d’émissions de CO2. L’adaptation de l’épaisseur des murs et des flux de force, à elle seule, permettrait d’économiser une grande quantité de béton.

Vous êtes également directeur du Pôle de recherche national (PRN) Fabrication numérique. De quelles synergies profitez-vous?

Pour «Mesh Mould», c’est notre chaire qui a eu l’idée du processus de construction. Nous travaillions avec la version initiale d’un robot de construction. Jonas Buchli, professeur en robotique, nous a alors rejoints et a perfectionné le robot. Plus tard, nous avons également bénéficié du soutien de Robert Flatt, spécialiste en sciences des matériaux. C’est ainsi que nous nous retrouvons avec des équipes interdisciplinaires associant leur savoir-faire en vue d’une cause commune.

En 2005 déjà, à l’EPFZ, vous avez fondé le premier laboratoire de robotique du monde en matière d’architecture, avec Fabio Gramazio.

C’est exact. Depuis, l’intérêt international pour l’utilisation de la robotique dans la fabrication additive d’éléments de construction non standardisés n’a cessé de croître. Il existe aujourd’hui une cinquantaine laboratoires de ce type dans le monde – que ce soit au Massachusetts Institute of Technology, à Harvard ou à l’Université de Stuttgart. Si nous ne sommes plus les seuls, nous avons incontestablement donné une impulsion majeure.

Qu’en est-il actuellement de ce jeune domaine de recherche?

Nous formons une communauté internationale adoptant une culture de recherche ouverte. Si certaines percées sont protégées, la majorité du savoir-faire est partagé dans l’optique du développement général du domaine de recherche. Le PRN nous attire un nombre phénoménal de visiteurs. Récemment, le CEO de WinSun nous a fait l’honneur. L’entreprise construit des maisons à l’aide d’imprimantes 3D. D’un point de vue industriel, il s’agit actuellement du pionnier absolu en Chine.

Quand les imprimantes 3D, les robots et les quadricoptères deviendront-ils une réalité sur les chantiers?

Les quadricoptères sont fascinants, mais n’offrent qu’un chargement limité. À l’été 2017, c’est notre robot à chenilles du laboratoire de l’EPFZ qui se rendra sur le terrain. Sa mission: réaliser un mur en béton de forme libre sur le bâtiment NEST de l’Empa, à Dübendorf, à l’aide de la technologie de construction «Mesh Mould».

Quelle vision vous anime?

Nous opérons dans l’optique d’une culture de construction numérique. Jusqu’ici, l’architecture et l’espace construit n’ont guère profité des développements numériques. En tant qu’architecte, je suis curieux de découvrir l’impact positif des nouveaux processus de construction numériques sur l’environnement. J’espère qu’il en résultera une architecture de meilleure qualité.

Arch_Tec_Lab

L’Arch_Tec_Lab, sur le campus Hönggerberg de l’EPFZ, est le nouveau bâtiment de l’Institut de technologie dans l’architecture, planifié conjointement par plusieurs chaires. Un minimum de surfaces attribuées y garantit de l’espace à profusion pour les collaborations. Le bâtiment sert à tester les nouvelles avancées et les systèmes de construction qui en découlent sont assimilés au processus d’innovation de l’industrie. De quoi jeter d’importants ponts entre les domaines de recherche de l’EPFZ et les institutions du secteur de la construction.

PRN Fabrication numérique

Le Pôle de recherche national (PRN) Fabrication numérique a été initié en 2014. Son objectif consiste à révolutionner l’architecture grâce à l’interconnexion exhaustive entre technologies numériques et processus de construction physiques. Au sein du PRN Fabrication numérique, plus de 40 chercheurs issus de six disciplines spécifiques collaborent en vue de développer des technologies révolutionnaires pour l’avenir de la construction. Grâce à leurs travaux, la Suisse assume un rôle de leader mondial dans le domaine de la fabrication numérique dans l’architecture.

Positionnement

Comment se positionner à l’échelle internationale? En investissant dans la recherche! Selon Matthias Kohler, professeur en architecture et en fabrication numérique, la Suisse dispose d’une bonne culture d’architecture, d’un secteur des machines-outils performant, d’une vaste technologie des matériaux, d’un artisanat intact ainsi que de compétence dans le domaine de la planification. «Je souhaite inciter les entreprises à investir dans la recherche, afin de promouvoir un savoir-faire unique et d’en profiter au final. La Suisse a toujours su comment mettre à profit ces connaissances, à la fois au niveau local et global.»