Agrégation externe SII - 2022 - Épreuve de sciences industrielles de l'ingénieur

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
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Support : Impression 3D appliquée à la construction d’une maison - de l’étude à la réalisation

Ce sujet porte sur la construction d’un habitat social dans la ville de Nantes par impression 3D multi-matériaux. Cette impression 3D est réalisée à l’aide d'un dispositif de fabrication additive robotisée conçue et brevetée par la société Batiprint3D(TM) et par l'Université de Nantes. Cette technologie innovante a été mise en oeuvre pour la première fois lors de la construction d'un prototype de maison nommée «Yhnova(TM)».

D'une surface de 95 m2 et d’un coût de 195 000 euros HT intégrant les coûts de développement spécifiques, la maison Yhnova(TM) est une maison moderne dotée de multiples capteurs et équipements de domotique. Ces capteurs ont permis d’évaluer et d'analyser le comportement des matériaux ainsi que la qualité thermique et acoustique du bâtiment durant la 1ère année de mise en service. À l'issue de cette période de tests, la maison a été louée à une famille sélectionnée par la Commission d’Attribution de Logement de Nantes Métropole Habitat selon les critères habituels du logement social.

Contexte

L’impression 3D de bâtiments est à l’heure actuelle un domaine en pleine expansion et très concurrentiel. Cette solution technique innovante permet à l’architecte d’individualiser chaque demande, notamment pour des formes courbes et ainsi intégrer les constructions dans des projets novateurs de villes intelligentes. Cette technologie réduit aussi les temps de construction. C’est également une nouvelle vision qui se dessine, une nouvelle façon de travailler, de réfléchir et de construire : davantage de numérique à l’aide de la maquette de l’habitat ou Building Information Model (BIM), plus de travail collaboratif, une construction moins énergivore (meilleures performances énergétiques) avec un impact carbone réduit (matériaux bruts, réduction des déchets et des transports) et faite de façon plus rapide et plus maîtrisée (en temps, ressources et coût).

Pour le bailleur social Nantes Métropole Habitat, le projet, situé dans le quartier de la Bottière à Nantes, devait répondre à un certain nombre d’exigences indiquées sur le document technique fourni.

Principe de fabrication et impression 3D

La fabrication de la maison suit différentes phases (figure 3).

Les fondations et la dalle sont réalisées de façon classique. Après le délai de séchage de la dalle, le dispositif robotisé est mis en place et imprime toutes les élévations de la maison en s’adaptant aux ouvrants prévus.

Lors du processus de fabrication des murs (figure 4), le robot accompagné de ses 2 opérateurs, a imprimé 51 m de murs linéaires de la maison sur une hauteur allant de 3,34 m à 3,72 m, en 54 heures. Après ce temps d’impression, se rajoutent ceux de la construction de la charpente, de la pose de la toiture et des huisseries ainsi que les finitions intérieures et extérieures.

Travail demandé

Le sujet se focalise principalement sur les murs de la maison et le robot d'impression 3D utilisé pour les élévations de ces murs. Les différentes parties indépendantes de ce sujet proposent de vérifier plusieurs des exigences du cahier des charges de la maison puis celles du robot d’impression.

Bien que les différentes parties soient indépendantes, il est conseillé de traiter ce sujet dans l'ordre.
Une conclusion générale sur ce projet sera enfin demandée.

• PARTIE 1 - Mise en évidence de l'intérêt de la technique d'impression 3D et définition de conditions de mise en oeuvre sur le chantier
• PARTIE 2 - Étude du procédé technique de fabrication additive pour l'élévation des murs de la maison Yhnova(TM) et définition des conditions de mise en oeuvre sur le chantier pour la station de travail n°2
• PARTIE 3 - Étude du dispositif robotisé permettant la fabrication des murs de la maison Yhnova(TM) et validation des conditions de mise en oeuvre sur le chantier pour la station de travail n°2
• PARTIE 4 - Vérification des performances thermiques de la maison vis-à-vis de la Réglementation Thermique 2012 (RT2012)
• PARTIE 5 – Synthèse finale et conclusions