Qu’est‑ce qui freine la construction imprimée en 3D ?

Récemment, l’idée est née de l’utilisation des principes d’impression 3D pour construire des maisons, de façon similaire à la façon dont les pièces mécaniques sont imprimées en 3D avec du plastique ou du métal. Au lieu de méthodes gourmandes en main‑d’œuvre comme la maçonnerie, une machine d’impression 3D automatisée peut assembler rapidement des murs en béton.

Source : Cornell University

Cela a souvent été présenté comme l’avenir du logement et de la construction. Mais en pratique, les bâtiments imprimés en 3D restent encore une curiosité et sont loin d’être une pratique standard émergente dans le secteur.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs du British College of Applied Studies (Sri Lanka), de l’Indian Institute of Science, de l’Université du Queensland du Sud (Australie) et de Northumbria University (Royaume‑Uni) a identifié l’obstacle restant à une adoption plus large de cette technologie.

Ils ont constaté que les bétons avancés spécialement conçus pour l’impression 3D sont importants, et que la fragmentation réglementaire constitue le principal frein à un déploiement commercial à grande échelle.

Ils ont publié leurs résultats dans Next Materials¹, sous le titre « Impression 3D dans la construction : un examen complet des matériaux, des méthodes, des applications et des critères de performance SAFE ».

Construction 3D : du prototype à l’échelle commerciale

Jusqu’à présent, la plupart des revues portant sur l’utilisation de la fabrication additive (« impression 3D ») dans la construction se concentraient sur les matériaux ou les propriétés mécaniques. Mais cela néglige les caractéristiques plus larges d’habitabilité et de sécurité qui régissent l’approbation réglementaire et l’acceptation par les occupants.

Il est donc préférable d’évaluer en utilisant le cadre des critères de performance SAFE :

• (S) Indicateurs de performance structurelle.
• (A) Acoustique.
• (F) Résistance au feu.
• (E) Efficacité énergétique.

« Cette perspective multi‑risques s’aligne sur l’orientation des normes émergentes ISO, EN et ASTM pour les nouvelles technologies de construction »

Source : Next Materials

Pour ce faire, les chercheurs ont compilé la littérature scientifique couvrant la technologie d’impression 3D en construction et l’ont recoupée dans des recherches secondaires avec chaque critère de performance SAFE.

Il s’agit d’un corpus de recherche en pleine expansion, chaque année voyant davantage d’études réalisées dans ce domaine.

Source : Next Materials

Outre la recherche académique, les projets d’impression 3D à l’échelle de la construction se multiplient, bien qu’encore en petit nombre de tests pilotes. Les pays leaders sont les États‑Unis et la Chine (plus de 30 projets), suivis des pays européens (France, Allemagne, Pays‑Bas), des Émirats arabes unis, du Japon et de l’Australie.

Source : Next Materials

Les nombreuses technologies d’impression 3D du béton

Bien que souvent présentée comme un ensemble uniforme de technologies, l’impression 3D pour la construction est en réalité une gamme diversifiée de technologies, chacune utilisant des méthodes d’extrusion et des matériaux différents.

Les plus courants sont esystèmes à extrusion, qui dominent la fabrication additive à l’échelle de la construction. Un mélange cimenté pompable est extrudé à travers une buse montée sur un cadre fixe (« gantry cartésien ») ou sur un bras robotisé multi‑axes. Le contour crafting ajoute une finition de surface grâce à une aile de truelle montée à côté de la buse.

Source : Next Materials

Une autre méthode est systèmes à lit de poudre, similaire aux lits de poudre pour l’impression 3D métallique. Cela permet la construction sans structures de support dédiées, la poudre lâche fournissant le support nécessaire.

Source : Next Materials

Ensuite vient impression 3D par injection de béton, dans laquelle un matériau cimenté fluide est injecté dans un milieu de support adapté (un matériau fluide ou gélifié), plutôt que d’être déposé couche par couche dans l’air. Cela permet d’utiliser des mélanges très fluides avec une meilleure pompage et des exigences de pression d’extrusion réduites.

Enfin, il existe des méthodes de construction 3D hybrides, par exemple en utilisant des robots d’insertion d’armatures supplémentaires ou l’impression multi‑matériaux.

Source : Next Materials

Chacune de ces technologies est prometteuse, mais seules quelques‑unes sont réellement prêtes pour un déploiement à grande échelle. En général, les systèmes à base de ciment sont beaucoup plus prêts, car ils peuvent s’appuyer sur la chaîne d’approvisionnement existante et l’expérience de l’industrie de la construction.

Source : Next Materials

En comparaison, d’autres matériaux comme les géopolymères, les composites d’argile ou composites chanvre-chaux sont prometteurs en termes d’empreinte écologique ou de séchage rapide, mais ne sont encore qu’en phase expérimentale. Ces matériaux peuvent également être loin d’être idéaux dans le cadre SAFE, ce qui nécessite alors des traitements supplémentaires.

« Une limitation majeure en termes de performance au feu est la combustibilité et le taux élevé de libération de chaleur de la plupart des thermoplastiques, nécessitant des revêtements ignifuges ou des polymères intrinsèquement résistants au feu tels que le PEEK »

Évaluation SAFE des constructions 3D

Performances structurelles

La performance structurelle des constructions imprimées en 3D révèle que, contrairement aux méthodes traditionnelles, des performances très différentes existent selon le type de contrainte structurelle.

« Contrairement au béton coulé, le béton imprimé en 3D (3DPC) présente une anisotropie inhérente due à la dépôt stratifié, se manifestant par des propriétés mécaniques dépendantes de la direction et des plans d’interfaçage inter-couches faibles »

Source : Next Materials

Cela impose une limite stricte à la vitesse et à la hauteur maximale de la construction. Pour cette raison, il semble que le renforcement combiné en barres d’acier et nanomatériaux représente l’approche la plus efficace pour obtenir une ductilité et une résistance à la traction conformes aux normes dans les éléments imprimés.

Un autre critère de performance structurelle est la durabilité, les bâtiments en béton devant durer plusieurs décennies sans affaiblissement significatif. L’impression 3D risque d’introduire des vides d’air et une porosité bien plus importantes que la construction traditionnelle en béton.

« Les interfaces inter-couches tendent à présenter un contenu de vides plus élevé et une perméabilité aux gaz accrue par rapport aux zones massives, soulevant des inquiétudes concernant la corrosion induite par la carbonatation, l’infiltration de chlorures et la susceptibilité au gel‑décongélation »

Plusieurs méthodes peuvent être employées pour résoudre ce problème :

• Conception de mélange dense, réduction de la porosité.
• Scellants de surface dans des conditions d’exposition agressives.
• Matériaux cimentaires supplémentaires (par exemple, fumée de silice ou métakaolin) pour réduire la connectivité des pores.

Performance acoustique

Un critère important pour les futurs utilisateurs du bâtiment, la transmission du son est importante dans des normes telles que EN ISO 16283. Mais moins de 20 publications dédiées ont été identifiées dans la recherche systématique de la littérature abordant cette question, illustrant un décalage relatif entre le développement des méthodes de construction 3D et les codes de construction réels.

Il semble que le béton à base de chaux et de chanvre ou les mortiers à ciment Portland ordinaire (CPO) plus fins sous-performent nettement les méthodes traditionnelles.

Source : Next Materials

Parmi les options proposées pour résoudre le problème figurent des panneaux acoustiques biosourcés en tant que couches de remplissage imprimées, l’impression de cavités résonantes périodiques inspirées des métamatériaux acoustiques, ou des géométries à cellules tétrakaïdécaédriques et à canaux labyrinthiques, mais toutes pourraient augmenter la complexité de la tâche d’impression.

Résistance au feu

Ce critère pourrait être un coup fatal pour l’impression 3D à base de polymères. Non seulement ils sont intrinsèquement plus inflammables, mais la toxicité de la fumée est également mal comprise.

« Le PLA imprimé en 3D non modifié s’enflamme rapidement et libère de la chaleur de façon soutenue sous un flux thermique radiant, largement au‑delà des seuils admissibles pour les applications structurelles sans formulation ignifuge, revêtements intumescents ou alternatives à base de céramique »

Cependant, à l’exception des composants imprimés en 3D à base de polymères, les autres méthodes d’impression 3D offrent des performances remarquables en matière de résistance au feu, y compris lorsqu’on les compare au béton ultra‑haute performance (UHPC).

Source : Next Materials

Le seul vrai problème peut concerner les éléments imprimés à section creuse, qui peuvent accroître la vulnérabilité au feu. Le remplissage des sections creuses avec du béton isolant léger, de la laine minérale ou de la mousse intumescente peut restaurer une résistance au feu à une note acceptable.

Efficacité énergétique

La littérature existante montre que les bâtiments imprimés en 3D surpassent le UHPC en ce qui concerne l’isolation thermique, et dépassent même largement les valeurs requises pour des assemblages muraux écoénergétiques selon EN 12524 pour certains matériaux comme le mélange chaux‑chanvre, qui répond même aux exigences thermiques typiques des réglementations nationales du bâtiment.

Source : Next Materials

Avec des réductions de consommation de matériau de 35–60 % pour les éléments structurels imprimés en 3D par rapport à la construction traditionnelle coulée sur place, la méthode est également plus efficace en termes de matériau et d’énergie lors de la construction.

Cependant, le processus d’impression introduit des besoins énergétiques supplémentaires provenant des systèmes de compresseurs, des entraînements robotiques et des équipements de chauffage, réduisant les bénéfices nets du cycle de vie de 10–25 % selon le mix énergétique et la vitesse d’impression.

De plus, l’impression optimisée de béton 3D avec agrégats recyclés réduit les émissions de carbone du cycle de vie jusqu’à 53,1 % comparé à la construction conventionnelle avec coffrage.

L’avenir de la construction 3D

Jusqu’à présent, le logement résidentiel, en particulier les maisons individuelles, correspond le mieux à la maturité technologique actuelle de la construction 3D avec du béton ou des matériaux adjacents. Les travaux d’infrastructure et les applications d’aide en cas de catastrophe sont également relativement proches.

Le principal obstacle au déploiement à grande échelle de l’impression 3D dans la construction est l’absence de normes, de codes et de cadres réglementaires harmonisés. Comme la technique existe sous une grande variété de sous‑technologies et de matériaux, il est difficile d’évaluer à l’avance les performances futures en termes de confort, de sécurité et d’intégrité structurelle.

C’est pourquoi les auteurs de l’étude estiment qu’un programme de normes coordonné et multi‑acteurs ciblant les quatre domaines SAFE est urgent.

Ce besoin est particulièrement aigu en ce qui concerne les performances acoustiques, le sujet ayant à peine été étudié.

En plus d’une meilleure détermination des normes de construction, l’industrie devrait également avancer dans quelques autres directions :

• Impression multi‑matériaux, qui offre la voie la plus prometteuse pour satisfaire simultanément les quatre critères SAFE au sein d’une même assemblée murale. Mais le contrôle du processus d’extrusion multi‑matériaux reste immature et nécessitera davantage de R&D.
• Intégration de l’économie circulaire au niveau de la conception du mélange, qui progresse rapidement, afin d’utiliser une substitution à 100 % de sous‑produits industriels.
• Prédiction de l’efficacité énergétique au stade de la conception du bâtiment, ce qui pourrait constituer un argument commercial solide.

Investir dans la construction imprimée en 3D

CEMEX

CEMEX est une société multinationale mexicaine de matériaux de construction, présente fortement dans toutes les Amériques. Fondée en 1906, elle est devenue l’une des plus grandes entreprises de matériaux de construction au monde, fabriquant et distribuant du ciment, du béton prêt à l’emploi, des agrégats et des solutions d’urbanisation, et étant notamment impliquée dans la construction de Torres Rise, le plus haut gratte‑ciel d’Amérique latine, mesurant 484 m (1 588 pieds).

Source : CEMEX

L’activité principale de CEMEX est la production de ciment et de béton prêt à l’emploi, les États‑Unis et le Mexique étant ses marchés principaux. La région EMEA (Europe, Moyen‑Orient, Afrique) est également importante, tandis que le reste de l’Amérique latine et les îles des Caraïbes le sont moins.

Source : CEMEX

Grâce à sa force dans le ciment traditionnel, CEMEX se prépare également au potentiel de la construction imprimée en 3D. Elle a notamment investi dans le fabricant d’imprimantes de construction COBOD, un pionnier des bâtiments imprimés en 3D.

« En travaillant avec COBOD, CEMEX a développé une expérience client dans la construction par impression 3D qui surpasse tout ce qui a été offert auparavant. Nos efforts d’innovation nous placent à l’avant‑garde des nouvelles technologies qui contribuent à bâtir un avenir meilleur. »

Gonzalo Galindo, responsable de CEMEX Ventures

COBOD et CEMEX ont également développé conjointement D.fab, une gamme d’adjuvants propriétaires, qui permet au béton de prendre forme instantanément.

Cela fait de CEMEX une option pour les investisseurs souhaitant obtenir une exposition au marché coté via une bourse soutenue et la solidité d’une entreprise de plusieurs milliards de dollars, plutôt que d’une startup d’impression 3D plus risquée. À long terme, il est également possible que la technologie de construction par impression 3D devienne une commodité, mais que les mélanges spéciaux propriétaires, approuvés par la réglementation, constituent la pièce précieuse de la chaîne d’approvisionnement.

Bien sûr, cela signifie également que les rendements de l’action de la société seront étroitement liés à l’efficacité opérationnelle de son activité principale, que les investisseurs voudront comprendre en profondeur.

Dernières actualités et développements de l’action CEMEX (CX)

Étude référencée

^{1. Kajeenthan Kamalaseelan. Impression 3D dans la construction : un examen complet des matériaux, méthodes, applications et critères de performance SAFE. Next Materials. octobre 2026. Article : 103494. Volume 13. 10.1016/j.nxmate.2026.103494}