LES TECHNOLOGIES NUMÉRIQUES DANS LE BTP

La Fabrication Additive est un processus qui consiste à produire des objets une couche après l‘autre, à partir d‘un modèle numérique issu de Conception Assistée par Ordinateur (CAO).

Légèreté

Avec cette nouvelle liberté de conception, l’assemblage de plusieurs formes et pièces peut être envisagé. La Fabrication Additive permet une fabrication optimale, conçue pour de meilleurs résultats en termes de poids et de stabilité.

Complexité

La Fabrication Additive offre une nouvelle manière de produire des formes et des structures complexes quasiment sans limites, permettant de résoudre des problèmes comme par exemple dans les procédés de moulage. L’industrie de l’outillage se révèle être un grand potentiel d’applications pour la Fabrication Additive.

Efficacité

La Fabrication Additive se dévoile comme étant un moteur d’efficacité en produisant des pièces proches des dimensions finies.

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Construction d'une maison en 24h grâce à l'imprimante 3D

L’un des avantages de ces nouvelles méthodes d’imagerie de l’environnement urbain est la capacité potentielle de ces systèmes à améliorer les bases de données existantes 2D comme 3D, en particulier leur niveau de détail et la diversité des objets représentés. Les bases de données géographiques sont constituées d’un ensemble de primitives géométriques (généralement des lignes en 2D et des plans ou des triangles en 3D) d’un niveau de détail grossier mais ont l’avantage d’être disponibles sur de vastes zones géographiques. Les systèmes de numérisation mobiles, eux, peuvent acquérir, entre autres, des nuages de points laser. Ces nuages
laser garantissent des données d’un niveau de détail très fin pouvant aller jusqu’à plusieurs points au centimètre carré. Acquérir des nuages de points laser présente toutefois des inconvénients :
- une quantité de données importante sur de faibles étendues géographiques posant
des problèmes de stockage et de traitements pouvant aller jusqu’à plusieurs Téraoctet
lors de campagnes d’acquisition importantes
-des difficultés d’acquisition inhérentes au fait d’imager l’environnement depuis le sol.
Les systèmes de numérisation mobiles présentent eux aussi des limites : en milieu urbain, le signal GPS nécessaire au bon géoréférencement des données peut être perturbé par les multi-trajets voire même stoppé lors de phénomènes de masquage GPS
liés à la réduction de la portion de ciel visible pour capter assez de satellites pour en déduire une position spatiale. Améliorer les bases de données existantes grâce aux données acquises par un véhicule
de numérisation mobile nécessite une mise en cohérence des deux ensembles.
L’objectif principal de ce manuscrit est donc de mettre en place une chaîne de traitements automatique permettant de recaler bases de données géographiques et nuages de points laser terrestre (provenant de véhicules de cartographies mobiles)
de la manière la plus fiable possible.

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Présentation de la géolocalisation 3D

Les méthodes de travail numériques peuvent améliorer la productivité, réduire les risques au minimum et diminuer les coûts pour les projets de construction et d'infrastructures. En s'alignant sur le BIM, en simplifiant les flux de production et en instaurant une collaboration entre tous les intervenants, notamment les architectes, les ingénieurs et les entrepreneurs de construction, les projets sont terminés dans le respect des délais et du budget.

La capture de la réalité permet de collecter des données numériques à chaque étape d'un projet de construction pour obtenir une représentation numérique en 3D d'un environnement ou d'un chantier. Celle-ci aide à améliorer l'efficacité et conduit finalement à une meilleure rentabilité.

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Explications de la capture de la réalité pour la construction de bâtiments neufs

Objectifs 

• Mettre en œuvre une méthodologie d’acquisition de données 3D (scanner, multistation…)
• Géo-référencer et analyser la précision des données acquises
• Traiter et modéliser les données issues des mesures terrain (nuages de points)

Le lidar terrestre est utilisé pour le relevé 3D de bâtiments, de structures, d’objets et de scènes complexes pour lesquels la topométrie classique ou la photogrammétrie ne sont pas opérationnelles. Cette technologie de mesure sans contact, utilisant la lumière laser comme support d’information, permet de s’affranchir de l’accès à des zones dangereuses, mais également d’effectuer une saisie très rapide et automatique avec une densité très élevée. L’exhaustivité des informations ainsi acquises permet d’éviter de retourner sur le terrain pour d’éventuels compléments.

À partir des nuages de points denses et précis acquis par cette technique, il est possible de fournir différents produits adaptés à de nombreux types de demandes.

La technique lasergrammétrique est souvent associée à des levés terrestres classiques ou photogrammétriques. 

Les modèles TQC « tels que construits » ou TQS « tels que scannés » livrés peuvent être très attractifs et révéler une grande exhaustivité.

Mis en oeuvre

Du fait de l’importance de ses moyens, l’entreprise est capable de déployer plusieurs équipes sur le terrain simultanément et en autonomie complète. L’utilisation du lidar terrestre permet d’assurer la sécurité des équipes en évitant de les exposer à des situations dangereuses lors du relevé physique (terrain accidenté, autoroute etc.).

En termes de matériel lidar terrestre, plusieurs types de lasers scanners sont en fonction de la prestation requise :

• Scanner longue portée
• Scanner haute résolution à courte portée
• Scanner mobile à main

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Projet de lasergrammétrie

Date d’entrée en vigueur pour les bâtiments neufs : le 1^er janvier 2020. Concernant les logements existants, rendez-vous le 1^er janvier 2025. L’objectif  : permettre l’accompagnement et le suivi de l’amélioration des performances sur toute la durée de vie des logements. Le carnet devrait permettre une plus grande fluidité et plus de clarté dans les échanges entre architecte, client et PME et TPE du BTP. Les informations étant centralisées, toutes les parties auront ainsi accès aux mêmes informations, diminuant les risques d'erreurs, de pertes de temps, d'argent et d'insatisfaction de la clientèle. Dans le secteur de la construction, cet outil devrait également devenir, sur chaque chantier, le lien idéal entre promoteur, constructeur, artisans et propriétaires, permettant à chacun de connaître l’avancée des travaux sans forcément avoir à se déplacer. 

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Explications du carnet de santé numérique du Bâtiment

La maquette numérique BIM va en effet bien plus loin que la simple définition du bâtiment au format IFC. Elle porte une base de données associée au bâtiment et à ses objets. Cette base d’informations rend possible les analyses et simulations. Son usage modifie le rythme de la conception. Elle allonge le temps de la phase de conception, mais accélère la pratique des métiers qui en découle.

La maquette numérique BIM permet d’abord de comprendre l’ouvrage avant qu’il n’existe physiquement (ce que permet aussi une maquette numérique en général). Voir l’ouvrage c’est commencer à le comprendre. Les techniciens et ingénieurs qui définissent le produit peuvent discuter plus facilement sur les solutions techniques possibles et peuvent choisir la meilleure.

Le BIM (building information modeling, ou « modélisation des données du bâtiment ») s’impose comme la méthode de travail fondée sur la collaboration autour d’une maquette numérique. Cette maquette BIM s’enrichit des apports des différents intervenants sur l’ouvrage, de la conception à la construction, et de la réception à la fin de vie du bâtiment. Elle permet ainsi à toutes les parties prenantes de mieux représenter, anticiper et optimiser les choix, et ce, tout au long de la vie de l’ouvrage.

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Qu'est-ce que le BIM ?

Les différents plans de maquettes numériques

Comme dans ce projet d’ouvrage d’art dans lequel le constructeur a pu montrer aux différentes parties (maître d’œuvre, maîtres d’ouvrage, élus locaux, génie civile, Ministère de l’écologie et de l’aménagement…) l’intérêt va au-delà de la simple visualisation 3D puisque la réalité augmentée dans le bâtiment et le génie civil permet d’approcher de façon plus ‘palpables’ les impacts environnementaux et d’urbanisme, d’impact visuel…
L’ouvrage est non seulement présenté dans son environnement mais il est surtout modifiable à volonté en un temps record puisqu’il ne s’agit que de plans informatiques 3D issus du logiciel d’architecture. On évite ainsi la création d’une maquette physique longue à produire et difficilement modifiable. D’autant plus, et c’est un argument de poids, sans cette technique il serait nécessaire de modéliser en 3D tout l’environnement existant ! avec la réalité augmentée rien de tout ceci, la réalité EST la réalité, sans relevé de plans, sans modélisation, sans préparation quelconque.

Autre aspect sur un tout autre niveau, à l’heure actuelle cette technique est un atout marketing qui permet à l’architecte de présenter son projet de façon bien plus palpable et intégrée mais aussi de démontrer sa maîtrise des outils de haute technologie. Ce ne sera pas toujours le cas lorsque toutes les entreprises seront équipées (et elles le seront inévitablement à court terme compte tenu des avantages apportés par la réalité augmentée).

Voir l’avancement des travaux dans son vrai contexte. Visualiser la structure, les réseaux, les VRD… le tout en 3D grâce à votre tablette reliée au SIG de la commune.

Les ingénieurs sécurité, les coordonnateurs de travaux et surtout les conducteurs d’engins de terrassement apprécieront.

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Comment fonctionne la réalité augmentée ?

Tas de briques, monticules de terre, palissades... Voilà à quoi peut ressembler un chantier aujourd'hui. Mais demain, en chaussant des lunettes spéciales, ce sera autre chose qu'il sera possible de visualiser : la longueur du mur à monter, le nombre de briques nécessaires pour le faire, voire le futur aménagement finalisé... ia cette simulation “artificielle” des sens, l’on permet à une personne de vivre une expérience d’immersion et de mener une activité senso-motrice dans un monde artificiel.

Comment ? La seule manière de garantir une immersion totale reste l’utilisation d’un casque de réalité virtuelle. Il semblerait donc que le fonctionnement de la réalité virtuelle ait tout à voir avec le fonctionnement du casque de réalité virtuelle.

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Démonstration de la réalité virtuelle immersive, avec les élèves du lycée Le Garros à Auch (32)

Une technologie de plus en plus présente dans le monde du travail : les dispositifs d’assistance physique. Qu’ils soient à contention ou sans, ces systèmes sont destinés à aider physiquement des opérateurs dans l’accomplissement de tâches parfois simples en apparence, mais éprouvantes. Objectif : prévenir l’apparition des troubles musculosquelettiques (TMS) et la pénibilité en limitant la charge physique ou la répétitivité, ou encore prendre en compte le vieillissement au travail ou un handicap et favoriser le maintien dans l’emploi…

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Démonstration de l'exosquelette

Présentés comme une clé de compétitivité, les robots « collaboratifs » suscitent un grand intérêt de la part des entreprises de l’industrie manufacturière. Tous les secteurs d’activité sont concernés. Beaucoup y voient le moyen de combiner le savoir-faire et le pouvoir décisionnel de l’être humain avec la force, l’endurance et la précision du robot. Si le déploiement de ces technologies reste encore limité, leur essor semble inéluctable.

En filigrane de la robotique collaborative se pose la question de la coactivité homme-robot et des risques associés. Comme n’importe quelle machine, ces robots comportent des éléments en mouvement (bras, pinces, outil, pièce manipulée) susceptibles de blesser les opérateurs évoluant à proximité. A ces risques peuvent s’ajouter des contraintes physiques et psychiques.

La prévention de ces risques est aujourd’hui très encadrée par les normes NF EN ISO 10218-1 et-2. Celles-ci indiquent les principes techniques à mettre en œuvre : l’arrêt nominal de sécurité contrôlé, le guidage manuel, le contrôle de la vitesse et de la distance de séparation et la limitation de la puissance et de la force du robot en cas de contact. Ces solutions techniques, combinables entre elles, sont à choisir en fonction de la situation.

Un « smart building », ou bâtiment intelligent, c’est bien plus qu’un bâtiment traditionnel. Pourquoi ? Parce qu’il intègre une couche d’outils numériques permettant de nombreux avantages, qui vont de l’optimisation des ressources énergétiques au confort des collaborateurs. Pour les entreprises, c’est la possibilité de diminuer les coûts opérationnels, tout en proposant à leurs équipes les meilleures conditions de travail possibles.

Comment fonctionne un smart building ?

La plupart des bâtiments intelligents reposent sur l’utilisation de capteurs permettant de récupérer de nombreuses données : la température, l’hygrométrie, le niveau sonore, la présence ou non de personnes dans un espace donné…

Aux données de ces capteurs, on peut ajouter les informations issues des systèmes de GTB (gestion technique de bâtiment : alarmes, éclairage, vidéosurveillance, contrôle d’accès…) mais aussi des données externes au bâtiment : horaire des transports en commun à proximité, météo, menu du restaurant d’entreprise… En fait, toutes les données qui peuvent influer sur la vie du bâtiment.

En parallèle, des actionneurs permettent d’exécuter des commandes sur les équipements électriques auxquels ils sont connectés. Grâce à ces actionneurs, il est donc possible de réaliser automatiquement certaines actions, comme régler un équipement de chauffage à une certaine température ou allumer/éteindre un éclairage.

Quels scénarios peut-on envisager ?

Le smart building permet de mieux contrôler et gérer la consommation énergétique, et donc de la réduire. C’est important : malgré les efforts entrepris depuis le Grenelle de l’environnement en 2007, les bâtiments tertiaires et les logements représentent encore près de la moitié de la consommation d’énergie finale en France. Au-delà de l’aspect environnemental, c’est évidemment intéressant d’un point de vue financier, notamment pour les entreprises qui ont mis en place des programmes d’optimisation des coûts opérationnels de location.

Outre la consommation énergétique, le smart building permet de proposer aux équipes des conditions de travail optimales. Dans la vidéo ci-dessous, nous imaginons un bâtiment capable de reconnaître le visage des collaborateurs pour contrôler leurs accès, mais aussi pour leur offrir un espace de travail qui satisfait à tous leurs besoins : des lumières qui s’allument à leur passage, des écrans qui les aident à se diriger dans le bâtiment, une température adaptée à leurs goûts… Rien de futuriste : ce sont des fonctionnalités qui peuvent être déployées dès maintenant.

Le smart building est une composante essentielle de la « digital workplace ». Aujourd’hui, les entreprises sont de plus en plus nombreuses à chercher de nouvelles manières de travailler, notamment pour favoriser l’échange entre les salariés. Souvent, cela passe par une nouvelle organisation des bureaux. Dans cette optique, le smart building est un véritable allié : réservation d’une salle de réunion, géolocalisation des occupants (qui est où ?), accès à toutes les informations et tous les services de l’entreprise…

Le smart building, c’est aussi par exemple la possibilité de bénéficier d’une vision plus précise des taux de remplissage de chaque espace. Imaginons une salle de réunion de 30 personnes qui ne serait réservée que pour des réunions d’une dizaine personnes. Avec une solution de smart building, il est possible de monitorer ces réservations et de prendre des décisions en conséquence : pourquoi pas des travaux pour diviser l’espace en deux salles pouvant accueillir une quinzaine de personnes ?

Pourquoi faut-il s'intéresser dès maintenant au smart building?

Parce que les technologies (les capteurs, les réseaux, mais aussi les solutions cloud permettant de supporter la connexion de plusieurs millions de capteurs) sont toujours plus évoluées, rendant les projets de smart building plus accessible et plus performants, avec de nombreux bénéfices à la clé.