Faire progresser la construction durable grâce à la technologie

De la construction traditionnelle à l'éco-construction numérique

La construction est généralement une activité très gourmande en énergie et en main-d'œuvre, générant une pollution importante. Il s'agit encore principalement d'une activité « hors ligne », peu numérisée par rapport à d'autres activités économiques.

Un article scientifique publié dans Sustainable Futures¹ étudie comment l’émergence de l’IA, de la technologie blockchain, de la fabrication numérique et de la tendance vers la durabilité pourraient affecter cette industrie.

Ensemble, les technologies numériques et les éco-matériaux pourraient apporter une accélération significative aux technologies d’éco-construction et réduire l’impact environnemental du secteur de la construction.

L'étude a été réalisée par des chercheurs malaisiens de l'Université de technologie et d'innovation d'Asie-Pacifique (APU) et de l'Université nationale de Malaisie (UKM), publiée sous le titre «Intégration numérique dans l'écoconstruction 2.0 : faire progresser la durabilité grâce à la technologie ».

Nouvelles méthodes de production

Les matériaux de construction ont toujours été produits en masse sous des formes standardisées, et tout assemblage nécessitait une main-d'œuvre qualifiée. Les nouvelles technologies devraient bouleverser cette situation dans un avenir proche.

Les premières sont des méthodes de production au-delà de la production de masse en usine avec cOmputer nnumérique cUsinage sous contrôle (CNC), découpe laser et impression 3DChacun a ses propres avantages et faiblesses et doit être choisi en fonction des exigences d’une tâche donnée.

Source: Avenirs durables

Ces méthodes réduisent considérablement la quantité de matériaux perdus lors de la transformation des matières premières en produits finis pour la construction.

Ils permettent également un niveau de flexibilité beaucoup plus élevé sur la conception finale, rendant la conception personnalisée plus accessible.

Enfin, ils peuvent être fabriqués à une échelle beaucoup plus petite et plus locale, ce qui peut potentiellement conduire à une réduction drastique de l’empreinte du transport des matériaux depuis les matières premières jusqu’à l’usine et jusqu’aux chantiers de construction.

« Cette méthodologie favorise non seulement l'utilisation de matériaux écologiques, mais s'aligne également étroitement sur les principes de construction allégée et les objectifs de zéro émission nette en raison de son profil de déchets intrinsèquement faible. »

Toutes ces nouvelles méthodes de production bénéficient grandement de l'amélioration et de la démocratisation de la conception assistée par ordinateur (CAO) et de l'adoption généralisée du Building Information Modeling (BIM). La CAO et le BIM constituent aujourd'hui l'épine dorsale numérique de la plupart des projets de construction.

Matériaux écologiques

Un autre changement qui affecte le secteur de la construction est le passage à des matériaux plus respectueux de l’environnement.

L’un des principaux moteurs du changement est la capacité des imprimantes 3D à utiliser des matériaux tels que les plastiques recyclés, les polymères biodégradables et les matériaux composites incorporant des fibres naturelles.

En particulier, géopolymères peut être utilisé en impression 3DLes géopolymères sont des matériaux inorganiques, généralement de type céramique, qui peuvent être fabriqués à partir de sous-produits industriels tels que les cendres volantes ou les scories, qui sont par ailleurs des déchets de centrales électriques et d'aciéries. Ils peuvent être formulés à partir de matériaux d'origine locale.

Ce faisant, l’industrie de la construction est en mesure de recycler les déchets industriels au lieu de consommer des ressources.

Le développement d’imprimantes 3D à grande échelle a permis la construction de structures de bâtiments entières directement sur place, réduisant ainsi les coûts de transport et les émissions de carbone associées.

Cependant, le coût des imprimantes 3D et leur vitesse relativement faible doivent être notés comme des limitations sérieuses de cette technologie et ralentissant son déploiement à grande échelle.

Les écomatériaux renouvelables, comme bois massif utilisé pour la construction de gratte-ciel en bois, pourrait également contribuer à réduire les émissions de carbone et la consommation de ressources du secteur de la construction.

Nouveautés

Les bâtiments imprimés en 3D peuvent également adopter des formes personnalisées plus complexes que les bâtiments fabriqués à partir d’éléments produits en série.

Par conséquent, il peut faciliter l’intégration de formes naturelles et ergonomiques dans les bâtiments, ce qui peut améliorer l’efficacité énergétique grâce à une meilleure dynamique thermique et une meilleure répartition de la lumière.

L’intégration de formes d’isolation naturelles, telles que les structures en nid d’abeille, améliore l’isolation tout en réduisant les coûts des matériaux et peut également augmenter la valeur de l’impression 3D dans la construction.

L’impression 3D permet également la création de « matériaux à gradient », où les propriétés des matériaux varient sur un même objet pour répondre à des exigences fonctionnelles spécifiques sans utilisation excessive de matériaux.

Blockchain pour des chaînes d'approvisionnement de construction durables

Un autre défi récurrent du secteur de la construction est probablement le suivi de la provenance des matériaux utilisés et de leur profil ESG.

Il s’agit d’un domaine dans lequel les enregistrements efficaces permis par la technologie blockchain peuvent aider.

En automatisant et en sécurisant les transactions tout au long de la chaîne d’approvisionnement, la blockchain améliore non seulement l’efficacité opérationnelle, mais renforce également la confiance entre les parties prenantes en fournissant un enregistrement clair et immuable des origines, du traitement et du transport des matériaux.

La blockchain peut également être utilisée pour permettre des contrats intelligents, rendant l'exécution des contrats plus fluide, en plaçant potentiellement la technologie à chaque étape du processus de construction, de l'approvisionnement en matériaux à la vérification et à la certification du bâtiment fini.

Source: Avenirs durables

En aidant à suivre et à prouver l'approvisionnement des matériaux utilisés dans la construction, la blockchain peut aider à répondre aux exigences des référentiels de durabilité avancés tels que LEED, BREEAM ou ISO 21930, prouvant qu'ils sont conformes aux réglementations environnementales, aux protections du travail et aux mandats de réduction des émissions de carbone.

La plus grande limitation au déploiement de cette technologie n’est pas tant technique que culturelle, le secteur de la construction étant généralement réticent à moderniser ses pratiques.

« Le secteur de la construction fait preuve d’une résistance structurelle à la transparence numérique, notamment dans les pratiques d’approvisionnement et de sous-traitance qui reposent sur des flux de travail hérités, des relations informelles et des systèmes de documentation fragmentés. »

Cela peut notamment avoir un impact sur les structures de pouvoir existantes et sur les pratiques du marché noir ou gris endémiques dans le secteur, en particulier dans certains pays ou régions.

« Pour de nombreux acteurs, la nature décentralisée et immuable de la blockchain n’est pas perçue comme un facilitateur, mais comme une force perturbatrice qui menace les normes opérationnelles existantes. »

Il est fort probable que le déploiement de blockchains et d’autres outils de suivi numérique se fera rapidement dans les projets d’infrastructures critiques, où la traçabilité n’est pas seulement une exigence réglementaire mais une condition de gestion de la responsabilité et d’assurance qualité.

L'IA dans la construction durable : applications et limites

Applications

À mesure que les IA deviennent plus polyvalentes, elles peuvent désormais être déployées pour améliorer les projets de construction.

Une application est la intégration de l'IA dans processus d'évaluation de l'impact environnemental (EIE)Il permet une prédiction précise à partir d’ensembles de données volumineux et hétérogènes, y compris des indicateurs environnementaux spécifiques au site, des données de projet historiques et des paramètres réglementaires.

Assistance en matière de documents juridiques et réglementaires peut également avoir un impact majeur.

« Les techniques de traitement du langage naturel (TALN) extraient des connaissances structurées à partir de textes réglementaires et de la documentation historique de l'EIE, accélérant ainsi les évaluations de conformité et simplifiant les cycles d'examen. »

Source: Avenirs durables

Une autre application de l’IA est la prédiction des performances des matériaux, pour des critères aussi variés que l’intégrité structurelle, l’isolation, la résistance à l’eau ou la durabilité à diverses contraintes (humidité, pénétration de chlorures, cycles de gel-dégel, gradients thermiques, etc.).

Limites

La faible qualité générale des données utilisées dans l’industrie constituera toutefois une limite au déploiement de l’IA, réduisant ainsi la capacité des modèles et leur précision.

À mesure que les projets se numérisent de plus en plus, cette limitation devrait s'estomper avec le temps. Il en va de même pour le volume croissant de données sur les performances de divers matériaux en conditions réelles sur plusieurs décennies.

Un autre problème potentiel survient lorsque les modèles sont entraînés sur des ensembles de données reflétant des inégalités historiques ou ne représentant pas les zones écologiques sensibles. Cela peut être particulièrement problématique avec les modèles d'IA, dont le fonctionnement interne peut être difficile à comprendre, ce qui en fait une sorte de « boîte noire ».

« L’efficacité et la profondeur analytique offertes par l’IA doivent donc être mises en balance avec ces risques grâce à la mise en œuvre de cadres de modélisation transparents, auditables et sensibles au contexte. »

Synergie entre éco-matériaux, blockchain et IA

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Chacune de ces innovations en matière de construction s’interconnecte avec les autres, les rendant plus utiles que si elles étaient déployées séparément.

À mesure que de plus en plus de projets intègrent la technologie blockchain pour la traçabilité, la quantité de données de haute qualité utilisables par l’IA augmente.

À mesure que la numérisation des projets de construction augmente, elle facilite l’intégration de la technologie de CAO et d’impression 3D dans la construction réelle.

L’utilisation de matériaux plus respectueux de l’environnement et la mise en œuvre de meilleures techniques de recyclage réduisent l’impact écologique de la construction et de la démolition, augmentant ainsi la valeur des données de haute qualité qui peuvent être utilisées pour acquérir de précieuses certifications environnementales et établir de nouvelles normes pour l’industrie.

Source: Avenirs durables

Des exemples de telles synergies sont déjà observables dans des projets concrets. Par exemple, Singapour a utilisé de nombreuses nouvelles technologies pour la construction de logements sociaux écologiques :

• Systèmes d’IA avancés pour analyser les données environnementales, telles que l’exposition au soleil, les régimes de vent et les effets d’îlot de chaleur urbain, afin d’optimiser l’orientation des bâtiments et la sélection des matériaux.
• Des matériaux durables, tels que le béton recyclé et le bois issu de l'exploitation durable, sont stratégiquement placés dans la structure du bâtiment afin de maximiser la ventilation et la lumière naturelles.
• Une isolation et des fenêtres hautes performances, ainsi que des panneaux solaires et des toits verts, sont associés à des systèmes d’IA qui surveillent et ajustent en permanence la consommation d’énergie en fonction des conditions environnementales en temps réel.

Exemples du monde réel

L’étude présente également les premiers utilisateurs concrets de ces technologies afin de démontrer que nous sommes désormais fermement dans la phase de mise en œuvre du cycle technologique.

Un exemple est l’utilisation de la blockchain pour résoudre les litiges de paiement avec les entrepreneurs et les fournisseurs.

« Un projet d'infrastructure phare à Dubaï a mis en œuvre la blockchain pour rationaliser la gestion des contrats et appliquer des décaissements basés sur des étapes clés, ce qui a entraîné des améliorations mesurables de l'efficacité administrative et une réduction des frais financiers. »

La blockchain a également permis de suivre l’empreinte environnementale des matériaux.

Aux Pays-Bas, la blockchain a été testée pour suivre en temps réel la qualité, la livraison et l'empreinte environnementale des matériaux de base tels que l'acier et le béton, garantissant ainsi le respect des spécifications des matériaux et des seuils de durabilité sans goulots d'étranglement liés aux inspections manuelles.

Un cas d’utilisation de l’IA a été démontré en Suède, où les architectes et les ingénieurs ont sélectionné des matériaux isolants avancés qui optimisaient la rétention d’énergie pendant l’hiver et minimisaient l’apport de chaleur pendant l’été.

« La mise en œuvre de ces matériaux optimisés a permis de réduire la consommation d'énergie jusqu'à 25 % dans les bâtiments résidentiels nouvellement construits, diminuant ainsi considérablement l'empreinte carbone associée à ces logements. »

L’IA a également été déployée au Japon pour automatiser le recyclage des déchets de construction.

Les systèmes de tri alimentés par l’IA équipés de technologies d’imagerie et de capteurs avancées ont identifié et classé avec précision différents types de déchets de construction.

« Dans un projet pilote mené sur un chantier de démolition, le système d'IA a augmenté le taux de recyclage de 30 % par rapport aux méthodes de tri manuel traditionnelles.

L’efficacité du tri a également réduit le temps global et les coûts de main-d’œuvre associés à la gestion des déchets, rendant le processus de recyclage plus économique et durable.

Défis réglementaires dans la construction durable

Paradoxalement, alors que la plupart des réglementations dans le secteur de la construction visent à améliorer la sécurité et les profils environnementaux, elles peuvent également constituer un frein au déploiement de ces technologies.

Une grande partie des problèmes potentiels provient du déclin de la standardisation des méthodes de construction. Les conceptions sur mesure peuvent améliorer le profil énergétique et environnemental, mais elles s'intègrent difficilement dans les catégories et méthodes d'évaluation rigides imposées par la réglementation.

Un élément qui peut aider est ce qu’on appelle le « bac à sable réglementaire », qui permet aux projets pilotes de prouver leur valeur avec un contrôle moins autoritaire.

« Ces cadres permettent aux entreprises de construction de tester des méthodes numériques sans être totalement exposées aux réglementations, facilitant ainsi l'innovation tout en préservant la surveillance. »

Une autre amélioration pourrait consister à intégrer les exigences de construction numérique aux protocoles d'appel d'offres publics. Ainsi, les gouvernements non seulement s'adaptent, mais pilotent activement la transition vers un secteur de la construction numérique et éco-responsable.

Ces changements réglementaires devront être gérés aux niveaux local, national et international.

Source: Avenirs durables

Elles doivent également s'adapter rapidement aux progrès technologiques. Dans le cas contraire, l'adoption de technologies innovantes comme l'IA et l'impression 3D dans la construction pourrait être ralentie, car les entreprises pourraient hésiter à investir massivement dans des technologies susceptibles de ne pas être conformes aux futures réglementations.

Technologies de construction du futur

Des matériaux encore plus impressionnants pourraient un jour être intégrés à des projets de construction. Par exemple, nanotechnologies en science des matériaux offre la possibilité de créer des matériaux de construction ultra-résistants et légers qui sont à la fois rentables et respectueux de l'environnement.

Une autre option est matériaux intelligents qui peuvent s’adapter aux changements environnementaux, comme les polymères sensibles à la température qui ajustent leurs propriétés isolantes en fonction des conditions météorologiques.

Ces matériaux pourraient augmenter considérablement l’efficacité énergétique et le confort des bâtiments sans intervention mécanique supplémentaire.

Dtechnologies de fabrication numérique pourrait également devenir encore plus sophistiqué, intégrant probablement des systèmes de contrôle qualité en temps réel, comme des capteurs avancés et des algorithmes d'IA pour ajuster les paramètres d'impression à la volée, garantissant des propriétés matérielles et une intégrité structurelle optimales.

Robotique pourrait également avoir un impact majeur, avec, par exemple, des robots effectuant des travaux de maçonnerie ou des installations complexes de tuyaux et de câbles, améliorant la vitesse et la précision tout en réduisant les erreurs humaines et les coûts de main-d’œuvre.

Enfin, le AI pourrait avoir un impact majeur sur la recherche de nouveaux matériaux, depuis un jumeau numérique d'un bâtiment observant l'évolution des paramètres au fil du temps jusqu'à l'accélération de la découverte de nouveaux matériaux, l'amélioration de la durée de vie des matériaux et l'amélioration de la compréhension de l'impact environnemental tout au long du cycle de vie d'un bâtiment.

Conclusion

La construction a toujours été une industrie relativement « low-tech », intégrant lentement de nouveaux matériaux et gardant les méthodes de construction relativement inchangées.

La maturation simultanée de la CNC, de l'impression 3D, de la CAO, de l'empreinte numérique et de l'IA pourrait bientôt changer la donne. Surtout si elle s'accompagne d'une volonté de réduire l'impact environnemental, d'améliorer la traçabilité, d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire la consommation de matériaux.

Toutefois, contrairement à de nombreux autres secteurs économiques, il est peu probable que cela entraîne une forte diminution de la main d’œuvre du secteur de la construction.

Au lieu de cela, cela améliorera la productivité, la sécurité et les profils écologiques des nouveaux bâtiments, tout en permettant de meilleures conceptions et une consommation de ressources plus faible, le tout sous la supervision d'humains gérant toujours directement les conditions désordonnées et changeantes d'un chantier de construction.

Entreprise d'impression 3D

(Outre les entreprises évoquées ci-dessous, vous pouvez en savoir plus sur d’autres dans notre article «Top 10 des stocks de fabrication additive et d’impression 3D à surveiller»)

Nano dimension

La plupart des entreprises de fabrication additive se concentrent sur le métal et le plastique, avec un intérêt particulier pour les pièces mécaniques complexes. Nano Dimension se concentrait plutôt sur l'électronique imprimée en 3D. Cela inclut des technologies très spécialisées comme les encres et céramiques conductrices ou diélectriques. Celles-ci peuvent, par exemple, être utilisées dans la construction de composants optiques ou radio.

C’est l’une des applications possibles de l’impression 3D à l’échelle nanométrique, que nous avons explorée plus en détail dans «L’impression 3D à l’échelle nanométrique semble prête pour la commercialisation ».

Nano Dimension s'est développée grâce à un mélange d'acquisitions et de R&D interne.

Source: Dimensions nanométriques

Cette stratégie a changé avec l'acquisition de Desktop Metal, annoncé en 2024. et finalisé en 2025. Ensemble, les 2 entreprises auront une position beaucoup plus forte dans l'impression 3D métal et céramique à toutes les échelles, de l'électronique aux gros équipements industriels et à l'aérospatiale, avec une forte évolution vers la production industrielle.

Cela crée également des économies d'échelle en fusionnant la clientèle qui comprend SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

Enfin, les deux sociétés étaient majoritairement actives dans des zones géographiques différentes, avec Nano Dimension en Europe et Desktop Metal aux Etats-Unis, permettant une synergie en fusionnant leurs équipes commerciales.

Source: Nano dimension

L'entreprise affirme pouvoir réduire l'empreinte écologique de sa production, avec une réduction de 94 % des émissions de CO2, de 100 % de la consommation d'eau, de 98 % des matériaux et de 82 % des produits chimiques. Globalement, Nano Dimension devrait s'imposer comme un leader technologique.

Source: Dimensions nanométriques

Les sociétés fusionnées sont bien placées pour tirer parti des nouvelles découvertes dans l’impression 3D et développer des alliages d’aluminium plus résistants, ces innovations étant susceptibles d’élargir le marché adressable.

Toutefois, les investisseurs doivent être conscients que les acquisitions de Nano Dimension et de Desktop Metal ont toutes deux généré des flux de trésorerie négatifs, de sorte que l'entreprise résultante devra réduire ses coûts ou croître suffisamment pour réaliser un bénéfice à l'avenir.

(Vous pouvez lire une analyse plus approfondie de Nanodimension dans le rapport d'investissement dédié)

Actualités et développements récents concernant l'action Nano Dimension (NNDM)