Le robot-maçon Hadrian X pose les jalons du futur du BTP

La brique est l’un des plus anciens matériaux de construction, remontant à 7 000 ans avant J.-C. pour la variante qui sèche au soleil et à 3 500 ans avant J.-C. pour celle cuite au four. Utilisée pour les formes modernes de « menora abstraites » et pour les arches renversantes, c’est aussi un des matériaux les plus polyvalents. Épandre le mortier, positionner une brique et lisser l’excédent de mortier à l’aide d’une truelle : même la méthode de pose n’a pas changé depuis des millénaires.

Aujourd’hui, une entreprise aspire à renforcer cette tradition millénaire à l’aide de la technologie. FBR, société australienne de technologies de construction (anciennement Fastbrick Robotics), a développé Hadrian X, un robot-maçon (du nom de l’empereur romain bâtisseur de murs) capable de réaliser son travail sans l’intervention de l’homme.

Cette technologie pourrait apporter des avantages immenses, notamment en s’attaquant à la pénurie de logements dans le monde. « Il n’y a pas assez de personnes pour construire des maisons assez vite, avance Steve Pierz, directeur de l’innovation chez FBR. Il nous faut automatiser le processus par la construction de masse, et c’est l’un des moyens d’y parvenir. » Pour lui, le robot-maçon est à même de reconstruire les maisons après une catastrophe naturelle: « J’imagine une flotte de robots qui installerait rapidement des structures d’habitation dans les zones sinistrées»

En outre, la précision d’Hadrian X pourrait améliorer l’efficacité, permettant ainsi de construire des maisons plus rapidement et à moindre coût par rapport aux méthodes traditionnelles. Et c’est sans compter que le robot favorise une approche optimisée plus productive, apte à réduire les déchets. « Nous prenons une seule source de données et c’est notre point de départ pour connaître le nombre de blocs et la quantité de mortier nécessaires en fonction de l’appareillage», explique Simon Amos, directeur des technologies de construction chez FBR. «De ce fait, vous êtes d’emblée pleinement informé des déchets éventuels. »

Hadrian X ressemble à une grue montée sur un camion tout ce qu’il y a de plus typique, mais il est constitué d’éléments complexes : les commandes, un système de dépose des blocs et une stabilisation dynamique. Et ce sont tous ces systèmes qui lui donnent vie. Une fois les blocs chargés sur la machine, elle identifie chacun d’entre eux et détermine leur emplacement. Hadrian X peut également découper les blocs en quartiers, en moitiés ou en trois quarts si nécessaire et les stocker pour les utiliser par la suite. Puis, ces blocs sont introduits dans un système de transport par grue et acheminés vers une tête de pose qui les dispose ensuite selon l’appareil programmé.

« C’est dans la tête de pose que la magie opère, avance Steve Pierz. Même en plein vent avec des vibrations qui secouent toute la perche, elle tient ce bloc, tout en compensant des centaines de fois par seconde pour le garder à l’emplacement précis. »

Cela fait plus de dix ans que le robot Hadrian X est en gestation. Même si c’est en 1994 qu’est venue l’idée de créer un robot stabilisé dynamiquement, il a fallu attendre 2005 pour que Mark Pivac, fondateur et directeur technique de FBR, mette au point le premier prototype. Néanmoins, en 2008, lors de la crise financière mondiale, la production d’Hadrian 105, son prédécesseur, a stagné. Ce n’est qu’en 2014, au milieu d’une économie plus forte, d’un boom de la construction et d’une pénurie de main-d’œuvre pour les briqueteurs et les maçons, que le projet a repris. Et en 2016, FBR a commencé à développer la nouvelle génération : Hadrian X.

Le « cerveau » du robot, c’est son système de commandes. Tout en connaissant chaque brique et ses coordonnées, le logiciel propriétaire de FBR transforme une structure murale modélisée en CAO en métadonnées à l’aide des coordonnées cartésiennes et de la conception paramétrique. Il utilise ensuite ces métadonnées pour placer les briques dans un appareil et, grâce à un algorithme, détermine comment les disposer en fonction de paramètres tels que la taille de la tête du robot et sa manière de saisir les blocs.

Pour le système mural d’Hadrian X, FBR a conçu ses propres blocs et géométrie de blocs. « La notion de bloc est basée sur le rythme d’un homme qui manipule une brique et la pose», raconte Simon Amos. «On a changé ça pour l’adapter à un robot. » On a optimisé les blocs d’Hadrian X afin d’assurer une épaisseur de paroi constante. Pour maximiser la vitesse de pose, les blocs sont douze fois plus grands que les briques standard. Hadrian X peut poser un bloc toutes les 45 à 55 secondes. En outre, FBR utilise un ciment spécial qui prend plus rapidement et qui dispose d’une plus grande résistance que le mortier classique.

Et pour la mécanique de fonctionnement de la machine, Mark Pivac a utilisé ses connaissances en aéronautique, en génie mécanique, en robotique et en mathématiques pour développer une « technologie de stabilisation dynamique » brevetée (DST). La DST permet de positionner les blocs sur de grandes distances dans un espace 3D tout en contrecarrant les effets du vent, des vibrations et d’autres facteurs environnementaux afin de les maintenir à leur emplacement précis. Grâce à cette stabilité, on peut monter Hadrian X sur d’autres dispositifs, y compris des barges, des navires, des grues et des rails, et l’utiliser pour les travaux de maçonnerie sur d’autres chantiers.

« Le défi consiste à s’assurer que tous ces systèmes sont bien coordonnés, que tous les modules du robot fonctionnent en harmonie et que nous pouvons gérer clairement tous les problèmes environnementaux qui reposent sur un chantier de construction sale et dangereux, explique Simon Amos. »

Et pour surmonter ces difficultés, les composants d’Hadrian X ont été rigoureusement testés, chaque phase de test étant l’occasion d’apprentissages et d’améliorations. Par ailleurs, une étape a été franchie avec la construction en intérieur d’une maison de 180 m² en trois jours en novembre 2018. L’étape suivante consistait à effectuer des essais en plein air en février 2019, lors de l’été caniculaire australien.

« Nous avons réalisé une construction extérieure pour recueillir des données et tenter de comprendre les effets des températures élevées sur notre robot», raconte Simon Amos. «Il s’agissait surtout de mettre le robot au défi, de le placer dans une courbe de vent et de température assez agressive et hostile, et de voir ce qu’il faisait. »

En outre, FBR prépare déjà l’avenir d’Hadrian X à l’échelle mondiale. En effet, la société a signé un accord avec GP Vivienda, la division logement de Grupo GP, l’une des plus grandes sociétés de BTP du Mexique, pour explorer des programmes pilotes dans ce pays-là. L’entreprise a également signé un protocole d’accord avec le Royaume d’Arabie saoudite pour discuter d’un projet concernant la construction de 50 000 nouveaux logements. En plus de cela, un autre partenariat est en place avec le fabricant de blocs d’argile autrichien Wienerberger pour la création de blocs d’argile optimisés pour Hadrian X ainsi que la planification d’un projet pilote en Europe.

Mais revenons en Australie, où FBR s’est associé à Brickworks, un important fournisseur de matériaux de construction, pour offrir le service « Wall as a Service » dans l’ensemble du pays. Grâce à Wall as a Service, Brickworks fournira des blocs de maçonnerie en béton spéciaux afin que le robot-maçon de FBR construise des murs dans le cadre de projets résidentiels.

Enfin, d’après Steve Pierz, Hadrian X a le potentiel de changer l’industrie de la construction. « C’est lorsque vous envisagez votre secteur sous une perspective différente que germent les idées disruptives, avance-t-il. Il faut être prêt à essayer les nouvelles technologies, sans quoi vous serez laissés pour compte. »