Interview avec XtreeE : Imprimer du Béton en 3D pour Pousser les Limites de l’Architecture

Posted By Hannah Bensoussan on 07/12/2016 | 0 comments

XtreeE est une compagnie à la pointe de l’innovation, et en passe de révolutionner les secteurs de la construction et de l’architecture, en imprimant en 3D à grande échelle, en béton. Le président d’XtreeE, Philippe Morel, nous a fait l’honneur de nous recevoir dans leur bureau parisien, dans l’incubateur le Cargo. Une interview qui présente la compagnie, les enjeux de l’impression 3D dans la construction, et les conseils de Philippe Morel pour les entrepreneurs innovants.

Philippe Morel, XtreeE president, received us in their Paris office.

Partie 1 : Découvrir XtreeE

Sculpteo : Pouvez-vous me présenter XtreeE ?

XtreeE est une startup créée fin 2015, issue du projet universitaire Démocrite lié à la fabrication additive à grande échelle, le Démocrite, Projet CNAM/ENSAPM/INRIA, concrètement réalisé par les étudiants de l’Ecole nationale supérieure d’architecture Paris-Malaquais, dans les locaux au du laboratoire PIMM de l’ENSAM. Le succès de ce projet nous a amenés à créer XtreeE, pour pousser plus loin l’impression 3D à grande échelle et ainsi permettre de répondre aux besoins de l’industrie de la construction. Cela nous différencie beaucoup du reste du secteur de l’impression 3D : alors que, dans l’industrie classique, une “grande pièce” mesurera au maximum un mètre, nous travaillons toujours sur des pièces grandes de plusieurs mètres. Le mètre est notre unité de mesure, plutôt que le millimètre ou le centimètre.

Nous travaillons en partenariat avec ABB, Dassault Systèmes qui nous accompagne au sein du 3DExperienceLab (nous avons donc un accès privilégié à leurs outils logiciels), et LafargeHolcim.

Pourquoi ce nom, XtreeE ?

Le nom vient d’une association mentale entre le « X » qui représente – donc visuellement – un motif récurrent dans la construction (les structures triangulées/contreventées), l’idée de structures arborescentes et enfin la tridimensionnalité avec une répétition du « e ». Comme souvent, l’association tient autant de la poésie automatique de l’instant que de l’apparente rationalité de cette séquence !

Qui constitue votre équipe ?

Nous avons une équipe très pluridisciplinaire : architecture, ingénierie en génie civile et génie mécanique, computer science et science des matériaux, management, etc…

Personnellement, je suis architecte (je pratique et j’enseigne), et j’ai cofondé EZCT Architecture & Design avec Felix Agid, aussi membre de XtreeE. Charles Bouyssou, Alban Mallet, Mahriz Zakeri, sont également architectes. Philippe Roux et Romain Duballet sont ingénieurs (et architectes), etc. L’ensemble des fondateurs est résolument en lien avec le monde de la construction et de l’architecture.

Nous avons aussi la chance d’avoir des investisseurs et partenaires qui, sans venir directement du domaine de l’architecture, ont une grande expérience du monde de la construction, ce qui nous a bien aidés.

Qui sont vos clients ?

Nous travaillons pour quelques grands comptes comme Eurovia, Pont P Travaux Publics, et Saint-Gobain (en consulting), mais aussi pour d’autres clients comme Zaha Habid Architecture ou pour des acteurs plus locaux, principalement pour la préfabrication.

Quels projets d’envergure a déjà réalisés XtreeE ?

Nous avons réussi une première européenne, dévoilée à Aix : l’impression en 3D d’un poteau de 4m de haut structurel, soutenant le préau d’un gymnase. Cela représentait un défi à plusieurs niveaux : bien sûr, au niveau technique, mais aussi au niveau normatif. En effet, puisque l’impression 3D est toute nouvelle en construction, il est difficile de faire en sorte qu’un objet imprimé en 3D soit reconnu aux normes pour une construction, surtout s’il est structurel, et surtout s’il est dans l’espace public. Ce que nous avons fait, c’est que nous avons ajouté un coulage de béton fibré à l’intérieur du poteau, pour que les calculs de sécurité soient faits sur ce poteau intérieur. Mais c’est quand même un grand pas pour la construction par fabrication additive !

Une autre réalisation d’importance est le pavillon que nous avons imprimé en 3D en partenariat avec Dassault Systèmes, ABB et LafargeHolcim, et présenté le 20 septembre à Vélizy.

Comment fonctionne votre technologie ?

Nous travaillons principalement avec du béton (à 90%), et parfois avec de l’argile, pour faire des moules perdus : on coule du béton à l’intérieur, puis l’argile est dissout à l’eau.

Pour ce qui est de la technologie 3D, l’équivalent le plus proche c’est l’impression par dépôt de fil (FDM), où la matière traverse la buse d’impression à l’état liquide, puis se solidifie. Dans notre cas, c’est un changement de phase par réaction chimique : le béton très liquide passe dans les systèmes, et quand il sort, nous lui ajoutons un produit qui modifie ses propriétés rhéologiques (comment le matériau s’écoule), et augmente sa viscosité.

Et vous développez les matériaux ? Les machines ? Les logiciels ?

Ce que nous développons au sein de l’équipe de XtreeE ce sont les éléments hardwares (les systèmes d’impression) et les éléments logiciels qui permettent de piloter efficacement les robots d’impression. Pour ce qui est des matériaux, ils sont développés par notre partenaire Lafarge Holcim. Et nous travaillons avec des robots industriels de marque ABB (notre autre partenaire).

Nous avons deux robots, que nous opérons dans notre atelier de production de 350m2 près d’Etampes, dans l’Essonne. Nous serons sûrement amenés à déménager l’année prochaine pour avoir un lieu plus grand.

Et pour ce qui est de la mobilité ? Comment faites-vous pour imprimer sur site ?

Et bien nous travaillons pour faciliter la mobilité, justement : c’est un enjeu clé ! Nous travaillons sur de nouvelles approches robotiques, à la fois pour permettre de déplacer nos robots plus facilement, et pour faire de la très très grande échelle : des robots à câbles, des bras robotisés et des buses d’impression spéciales, que nous développons en interne, pour dépasser les contraintes de fabrication classiques, et atteindre une accessibilité qui se compterait en dizaines de mètres plutôt qu’en mètres.

Partie 2 : L’impression 3D et la construction : quels enjeux et quels défis ?

Qui y-a-t-il d’autre sur le marché de l’impression 3D pour la construction ?

Nous ne sommes pas les seuls, mais nous sommes relativement avancés. Les plus connus sont Winsun en Chine. Il y a également quelques sociétés aux Etats-Unis, et plus ou moins une par pays européen. Ce qui est sûr c’est que c’est un sujet d’actualité, et qu’on s’y met un peu partout.

Et pourquoi utiliser l’impression 3D pour la construction ?

La fabrication additive apporte des avantages considérables au secteur de la construction : elle permet d’utiliser moins de béton, de mieux le placer, aux endroits où on en a vraiment besoin, de développer et d’utiliser des bétons plus innovants, qui contiennent moins de ciment.

Réduire la quantité de ciment est un enjeu essentiel, puisque c’est l’élément le plus polluant du béton. Il nécessite que l’on brûle du calcaire, ce qui est très énergivore, et qui est une des raisons pour lesquelles l’industrie de la construction est une des plus polluantes. L’industrie a besoin de se transformer, et la fabrication additive est un des moteurs de cette transformation.

Les opportunités apportées par l’impression 3D c’est aussi : la différenciation des pièces plutôt que la standardisation, la fabrication à la demande, le zéro stock, le lean manufacturing, et la flexibilité. C’est une flexibilité tant au niveau de la cadence de construction que sur le plan géographique : cela nous permet d’être au plus près de la demande, de s’implanter localement, en petites unités de production. Et ça aussi, c’est une transformation nécessaire pour la construction (comme pour beaucoup d’autres choses).

Vous parlez de mieux placer le béton. Nous avons écrit il y a quelques semaines sur Neri Oxman, qui conçoit du béton alvéolaire. Est-ce que c’est aussi un de vos projets ?

Non, nous ne travaillons pas à la même échelle : Neri Oxman positionne les couches de béton de façon très fine (plus ou moins submillimétrique), alors que nous travaillons avec des couches de 3 mm d’épaisseur. C’est une question de vitesse de construction : en cinq heures, nous pouvons construire un mur de 2,5m de haut ! Mais réfléchir à la structure granulaire du béton, comme Neri Oxman, n’est pas du tout exclu, à une plus grande échelle.

Et pour ce qui est du langage architectural ? A votre avis, que peut apporter l’impression 3D dans la façon dont on pense l’architecture ?

C’est certain que l’impression 3D permettra d’amener un renouvellement du langage architectural, et de la manière dont on approche l’architecture. On a beaucoup fait de l’architecture sans réfléchir à comment le bâtiment sera construit – on sépare conception et construction, surtout en France, où on a une vision assez abstraite du bâtiment, on dessine des espaces. Cela va devoir changer, depuis la façon dont on forme les architectes à la façon dont on pratique l’architecture ! En concevant pour l’impression 3D spécifiquement, les architectes futurs auront intérêt à anticiper les contraintes spécifiques de l’impression 3D, dès le départ. Parce que beaucoup de gens imaginent que l’impression 3D permet de tout créer, à partir de rien, alors que ce n’est pas le cas.

Par exemple, que ne permet pas l’impression 3D ?

Un exemple typique, qu’un service d’impression 3D comme Sculpteo connaissez sûrement bien, c’est le porte-à-faux : on ne peut pas construire directement au-dessus du vide sans support. Cela nous arrive parfois de créer des supports qu’on enlève ensuite, mais c’est dommage d’utiliser un matériau cher pour ensuite le retirer. Il y a bien sûr une réflexion à avoir sur comment réutiliser ces supports, par exemple en concassage en dessous d’une dalle.

On a parlé d’opportunités. Qu’en est-il des défis rencontrés par l’impression 3D dans le secteur de la construction?

Il y a un élément que j’ai déjà mentionné : c’est la législation. Dans ce domaine, tout est à faire, puisque l’impression 3D est toute nouvelle, et que le secteur est très normé – à raison ! Il faut tester les matériaux, les valider en laboratoire… et il va falloir que de nouveaux textes de réglementation soient écrits. C’est aussi une grande question pour les assurances : aujourd’hui, si un particulier fait imprimer sa maison, elle ne sera pas assurée, exactement comme si il ou elle l’avait construite à la main, sans aucune connaissance spécifique. Cela va prendre quelques années avant d’évoluer, c’est un frein, mais cela se comprend tout à fait : c’est un enjeu majeur de sécurité.

Partie 3 : Conseils pour les entrepreneurs du digital manufacturing

Quels conseils donneriez-vous à quelqu’un qui souhaiterait entreprendre dans la tech, et en particulier dans le digital manufacturing ?

Déjà, il faut être conscient que créer une startup, c’est difficile. Il faut être prudent, s’impliquer énormément, travailler dur, s’entourer des bonnes équipes, et vraiment y croire. Ensuite, l’entrepreneuriat ne doit pas être simplement une façon de profiter d’une tendance pour s’enrichir : il faut avoir une réelle envie d’innover, d’apporter quelque chose en plus au secteur. Il ne faut pas s’attendre à ce que le problème trouvé soit résolu d’un coup de baguette magique. Vous construisez avec des techniques pointues et nouvelles. Vous serez donc forcément une partie de l’expérience, un peu un cobaye, en fait. Ce que la technologie fait sur vous fait partie de ce que vous découvrez. Vous allez devoir contribuer, de toute votre personne !

Par exemple, qu’est-ce qu’XtreeE apporte de nouveau ?

Eh bien ce poteau de 4m dont je vous ai déjà parlé, c’est déjà une grande avancée : cela permet de montrer que l’on peut utiliser l’impression 3D dans des lieux où on ne l’imaginait pas possible, dans l’espace public, en tant qu’objet structurel. Et en montrant que c’est possible, on incite à innover.

Les recherches que nous menons font également avancer les pratiques, les mentalités, et les connaissances constructives et architecturales.

Quels obstacles avez-vous rencontrés sur votre parcours, que vous n’auriez pas imaginés, et qu’est-ce qu’ils vous ont appris ?

Nous amenons l’impression 3D, une technique qui a besoin d’être très précise et mesurée, dans un environnement qui souvent est imprécis, voire incontrôlable (le climant, l’environnement, l’extérieur). Pour cette raison, il est difficile de s’assurer de la robustesse des procédés, d’être certains qu’un élément créé aujourd’hui pourrait être reproduit à l’identique demain. Quand il y a de la matière, et pas seulement du numérique et de la robotique, il y a forcément de l’imprévu, ne serait-ce que du fait des variations de température, d’humidité… C’est à prendre en considération, même quand on entreprend dans la tech !

Cela a été un grand plaisir pour nous de vous partager cette interview, et nous espérons qu’elle a été aussi intéressante pour vous que pour nous. Pour en savoir plus sur l’impression 3D dans le domaine de la construction, lisez notre page application, et cet article de blog sur l’impression 3D pour la construction et l’architecture.
Visitez également cet article sur le travail de Neri Oxman, qui travaille aussi sur l’impression 3D de béton.