Objets connectés, imprimantes 3D, gestion des données, drones, robots, matériaux intelligents ou encore plateformes mobiles et collaboratives… Toutes ces innovations modifient déjà où vont à moyen terme modifier profondément la manière de concevoir les projets et de travailler sur les chantiers pour répondre aux défis du secteur de la construction.
Alors que les entreprises du BTP commencent progressivement à se digitaliser, le concept de construction 4.0 émerge, accélérant davantage encore la transition numérique du secteur. La construction dernière génération a pour objectif de permettre à ces entreprises d’être encore plus compétitives sur un marché ultra concurrentiel. Aujourd’hui, il est essentiel de pouvoir gérer automatiquement le cycle de vie des projets, depuis leur naissance jusqu’à l’exploitation des bâtiments en réduisant au maximum les actions humaines sans valeur ajoutée. Il n’est bien sûr pas question de supprimer l’intervention de l’homme (on estime que seulement 10% des emplois sont entièrement automatisables) mais de lui permettre de travailler plus efficacement et en toute sécurité à l’aide des nouvelles technologies. Tour d’horizon des innovations technologies au service de la Construction 4.0.
L’automatisation du travail grâce à la robotique collaborative
Aujourd’hui, la robotique s’invite de plus en plus sur les chantiers, notamment sur les grands chantiers de travaux publics. Elle présente, en effet, des avantages incontestables pour le secteur du BTP. L’usage des robots permet d’augmenter la productivité et l’efficacité en diminuant la pénibilité des tâches avec des besoins en main d’œuvre également réduits.
Depuis peu, une nouvelle génération de robots est apparue : les cobots (ou robots collaboratifs) dont la particularité est de faciliter l’interaction entre la machine et l’homme. Une étude de 2016, menée par des chercheurs du MIT, a montré que la collaboration homme-robot était 85% plus productive qu’un humain ou un robot travaillant seul.
Il existe trois grands types de "cobots" : les robots collaboratifs pilotés par un opérateur à proximité immédiate du système (par exemple pour le chargement le déchargement de matériaux) les cobots commandés à distance (par exemple pour effectuer des opérations de démolition) et les exosquelettes (structures électromécaniques qui assistent l'opérateur dans son effort).
La robotique collaborative est amenée à se développer rapidement, notamment en France. Des actions en faveur de la robotique de service ont ainsi été lancées dans le cadre du Programme Nouvelle France Industrielle (NFI). Mais sa mise en place dans le monde du bâtiment doit relever de nombreux défis pour se généraliser. Le développement et la production d’un robot sont coûteux, il faut que l’investissement soit rentabilisé sur le long terme.
Les véhicules aériens sans pilote (drone) : l’assurance d’avoir un œil partout
La technologie des drones, également connue sous le nom de véhicules aériens sans pilote (UAV), est utilisée pour améliorer la communication, la sécurité ainsi que le marketing. Les avantages de cette technologie au service des chantiers : sa maniabilité, sa capacité à atteindre des lieux inaccessibles ou difficilement praticables, sa précision, sa possibilité de voler à basse altitude et sa rapidité…
Pour de nombreuses entreprises, le drone est une solution innovante qui s’utilise à toutes les étapes de construction : avant, pendant ou après les travaux, aussi bien pour l’inspection en temps réel de chantier, le suivi de l’avancement d’un projet, la collecte de données techniques. Ainsi, par exemple, plutôt que de collecter les points de repère de manière traditionnelle, en les implantant sur un quadrillage, le drone peut capturer des données et grâce à la photogrammétrie (mesure des distances avec un nuage de points), l’équipe peut convertir ces données en courbes de niveau et construire une maquette illustrant les endroits où la terre doit être retirée afin d’atteindre l’aplanissement souhaité.
Si depuis 2012, l’usage des drones à titre professionnel est autorisé, une formation est nécessaire pour être télé-pilote.
Le RFID (radio frequency identification) pour une meilleure localisation des équipements
Le système RFID permet un échange d'informations, au moyen d'un identifiant et d'un lecteur. Le lecteur RFID lit le tag ou l'étiquette RFID placé sur l'objet à tracer ou à identifier. L'information recueillie est ensuite traitée via un logiciel et sa base de données. Il permet ainsi de localiser en temps réel l’emplacement des équipements, ce qui permet ainsi d’optimiser la gestion des équipements, de lutter contre le vol, d’avoir un suivi du matériel ainsi qu’un inventaire automatisé.
Le vol est, en effet, un fléau qui coute cher au secteur. Selon les estimations de la Fédération française du Bâtiment, son coût atteint en effet entre 1 et 2 milliards € par an. Outre les engins et outils, ce sont les matériaux qui sont visées car facilement revendables (baignoires, tableaux électriques, portes, fenêtres…). La technologie RFID permet au propriétaire ou à l’utilisateur de connaitre en temps réel l’emplacement des équipements et de détecter toute activité anormale.
Des machines intelligentes grâce à l’IA
Grâce à l’intelligence artificielle, de nouvelles machines plus performantes sont apparues sur les chantiers. L'IA permet, en effet, d'outiller les engins de chantier pour en améliorer la productivité, la maintenance, la sécurité mais aussi pour les rendre progressivement autonomes.
Les images captées par des caméras et toutes autres données recueillies sur un chantier vont pouvoir être analysées pour aider à la prise de décisions en temps réel quant à l’état de l’avancement des travaux et anticiper les besoins d'intervention.
Concrètement, ces machines intelligentes vont pouvoir par exemple anticiper une panne à un instant T grâce à l’historique des données (Use Case Reasoning). Elles pourront révéler des écarts de fonctionnement par rapport à une configuration optimale d’utilisation et déceler les signaux faibles. L'IA, par analyse approfondie des données et par apprentissage, traite globalement des problèmes rencontrés, que l'on ne saurait uniquement modéliser dans une série de règles prédéfinies et figées.
L’impression 3D pour une nouvelle forme de chantiers plus écologiques et économiques
Introduite en 2009 par la société chinoise YingChuang avec sa construction 100% en 3D d’un mur en béton, l’impression 3D ou fabrication additive s’est étendue à l’international et est arrivée en France avec notamment la société XtreeE depuis 2015.
Elle a envahi le secteur du bâtiment par le biais du BIM qui a permis une nouvelle forme de construction plus écologique, économique et avec un gain de temps considérable. L’Université de South California, Contour Crafting a déclaré qu’avec le processus de fabrication additive, les émissions de CO2 seraient réduites à 75% et celles de l’énergie grise à 50%.
Désormais, le secteur du bâtiment et de l’architecture représente à lui seul 3,2% du marché mondial de l’impression 3D et ce chiffre devrait s’accroître d’ici 2030.
Au Texas, à Austin, un projet immobilier d'un nouveau genre est en train de sortir de terre : un quartier entier composé de cent maisons imprimées en 3D par des robots de construction. La réalisation d'une maison nécessitant une semaine environ est un avantage considérable lorsque l'on sait que les États-Unis connaissent un déficit de 5 millions de nouveaux logements.
Aussi solides et durables que les logements traditionnels, ces maisons imprimées doivent résister aux conditions météorologiques extrêmes et seront dotées de toits photovoltaïques, un atout écologique non négligeable.
Des matériaux de chantier augmentés toujours plus performants
Le choix des matériaux de construction a un impact déterminant sur le chantier de construction. Grâce aux nouvelles technologies, ils ont gagné en performance, ils sont notamment plus isolants, résistants, durables, respectueux de l’environnement et économes en ressources et en énergie.
Les exemples sont nombreux :
- Les routes intelligentes sont le futur du transport et impliquent l’utilisation de capteurs et de technologies IoT pour rendre la conduite plus sûre et plus écologique.
- Les briques intelligentes, faites de béton à haute résistance, présentent l’avantage d’offrir un contrôle important de l’énergie thermique ainsi qu’une réduction des coûts en construction. Conçues sous forme de modules, elles sont faciles à assembler et laissent de l’espace pour l’isolation, l’électricité et la plomberie.
- L’isolation aérogel : quatre fois plus isolant que la fibre de verre ou la mousse, l’aérogel ne laisse pratiquement pas passer la chaleur ou le froid.
- Le béton auto-guérisseur prolonge la durée de vie d’un immeuble de plusieurs années grâce à une bactérie incorporée pendant le processus de malaxage du béton et permet ainsi de gagner du temps et de réaliser des économies.
Les outils d’analyse prédictive : mieux qu’une boule de cristal
Dans les grands projets de construction, de très nombreuses données proviennent de multiples sources rendant parfois difficile le pilotage des projets. L’analyse de ces données est pourtant essentielle pour simuler, prédire, anticiper et suivre de manière précise le chantier. Les outils permettant cette analyse prédictive sont importants et les professionnels l’ont bien compris, ils sont en effet 29 % à les utiliser (étude 2021 d’IDC pour Oracle Construction and Engineering, sur l’utilisation des données dans le secteur).
Les entreprises recourent à ces outils pour faire des prédictions justifiables sur de futurs événements inconnus. Ils analysent les données passées et actuelles et, grâce à l’apprentissage automatique et / ou à des calculs manuels, ils font des prédictions sur le futur lié aux données par exemple pour savoir si un site est constructible et le restera dans une région donnée.
La réalité augmentée : un savant mélange de réel et de virtuel
Cette technique permet de superposer des éléments virtuels à un environnement réel, en utilisant une tablette tactile par exemple. On peut voir un bâtiment avant même sa construction. Il s’agit d’une véritable opportunité de construire mieux et plus efficacement via l’utilisation des technologies immersives. Pour aller encore plus loin, la réalité mixte (mélange de réalité virtuelle et réalité augmentée) permet d’interagir avec les éléments en 3D dans l’espace réel.
La réalité augmentée est un allié de taille au service des réseaux VRD enterrés. En effet, on en compte plusieurs millions de kilomètres en France, dont 40% sont sensibles pour la sécurité : électricité, gaz, matières dangereuses, réseaux de chaleur… (chiffres Fédération Nationale des Entreprises de Détection de Réseaux Enterrés) ; ce qui occasionne chaque année de nombreux dommages sur les réseaux. Des plans existent mais sont souvent imprécis. Grâce à la réalité augmentée, les équipes vont pouvoir consolider des données et savoir où passent ces réseaux avant d’entreprendre tous travaux.
La numérisation laser 3D donne du relief au chantier
La numérisation 3D sur un scanner capture les moindres détails d’un bâtiment en s’appuyant sur la précision. Il est désormais possible de scanner en 3D un bâtiment, un terrain ou encore un objet. Des millions de données tridimensionnelles sont enregistrées dans un « nuage de points », intégrées et étudiées par la suite dans un logiciel BIM. Cela permet de reproduire parfaitement la forme du site virtuellement. Ensuite, l’architecte peut exploiter cette représentation en 3D pour faire une maquette en image de synthèse, avec l’aide des ingénieurs et d’un géomètre. On a ainsi une idée plus claire de ce à quoi va ressembler le futur bâtiment. De cette façon, on a l’opportunité de corriger les quelques défauts présents et de garantir un parfait achèvement du chantier.
La numérisation 3D s’impose aujourd’hui dans l’industrie de la construction. Les numériseurs ou les scanners sont d’excellents outils pour les chantiers de construction. C’est une véritable révolution depuis ces quelques dernières années de par ses multiples avantages : numérisation rapide en haute résolution, quelques minutes pour un scan complet d’un chantier, image en 360 degrés pour une visibilité totale…
Les équipements augmentés pour plus de sécurité et d’efficacité terrain
Loin d’être des gadgets, ces nouveaux équipements deviennent des outils indispensables pour les équipes :
- Les gants connectés
Les gants connectés peuvent être dotés d’un scanner directement intégré, ce qui évite à leur utilisateur de porter un outil encombrant. Ils permettent de scanner des matériaux et des produits sur n’importe quel chantier.
- Les chaussures connectées
Mises au point pour prévenir les dangers rencontrés par les travailleurs isolés, ces chaussures sont conçues spécifiquement pour leur sécurité. La semelle en polyuréthane réagit, selon l’inclinaison et l’immobilisation de l’ouvrier. En cas de chute, elle envoie une alerte par sms à un numéro pré-enregistré et indique la position géographique grâce à son GPS intégré. De plus, elles émettent un signal en cas d’approche d’une zone dangereuse pour prévenir l’individu qui les porte.
- Les casques intelligents
Les casques de chantier ne servent plus seulement à la sécurité. Aujourd’hui, utilisant la réalité virtuelle, certains permettent de repérer des circuits défectueux, de modéliser une carte ou encore d’analyser des données en temps réel, d’autres quant à eux sont équipés de systèmes de communication innovants avec l’intégration de micro, haut-parleur mains libres, talkie-walkie, lampes LED pour un meilleur éclairage, d’autres encore sont dotés d’un signal sonore qui avertit l’utilisateur lorsque les distances de sécurité sont proches d’être franchies.
La majorité de ces équipements disposent d’ailleurs de capteurs IoT renforçant la sécurité des équipes. Ils permettent de surveiller les signaux de détresses comme un taux de pouls anormal, la position (verticale ou horizontale) et l’emplacement de l’utilisateur. Grâce aux données IoT en temps réel, il est plus facile de prédire les situations qui pourraient conduire à un incident, de comprendre la gestuelle des salariés, d’être informé des charges lourdes qu’un travailleur a soulevées pour anticiper les roulements d’effectifs et éviter une perte de temps.
De plus, avec des balises IoT, localiser les travailleurs sur un secteur dangereux favorise l'anticipation des risques et des accidents, et facilite la prise d’information en cas d’intervention, et rend plus facile la gestion du personnel de chantier.
Les plateformes collaboratives et applications mobiles pour un meilleur travail en équipe
Ces plateformes collaboratives sont conçues pour optimiser et faciliter l’expérience terrain des métiers de la construction. Elles permettent aux entreprises d'exécuter les opérations courantes de manière plus performante et plus sûre en digitalisant leurs flux de travail. Elles récupèrent les données de l'ensemble du site, de l'installation ou de l'actif, fournissant à toutes les parties prenantes - des équipes sur le terrain, au sous-traitant, au maître d'œuvre et au client - les données dont elles ont besoin pour prendre des décisions précises.
Elles présentent un potentiel important non seulement pour l’amélioration de la productivité, la collaboration et la gestion de l’information, mais aussi pour réduire les délais d’un projet, augmenter la qualité des livrables, améliorer la santé et la sécurité des équipes tout en respectant les contraintes environnementales.
La construction 4.0 est un enjeu majeur pour les entreprises du secteur du BTP. Elles doivent inévitablement passer par la transition numérique, car les bénéfices à tirer de cette transformation sont nombreux, tant en matière de qualité d’ouvrage que de délais, de coûts, de sécurité et, bien sûr, de développement durable.
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