Méthodologie de conception architecturale adaptée à l'emploi de produits industriels et à l'organisation de chantier

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Méthodologie de conception architecturale adaptée à

l’emploi de produits industriels et à l’organisation de

chantier

Petia Candeva

To cite this version:

Petia Candeva. Méthodologie de conception architecturale adaptée à l’emploi de produits industriels et à l’organisation de chantier : I. Techniques de mise en œuvre. [Rapport de recherche] 0740/91, Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Paris-La Villette; Ministère de l’équipement, du logement et des transports / Bureau de la recherche architecturale (BRA). 1991, pp.114. �hal-02968342�

V

a o

TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE

Ministère de l'Equipement, du Logement, des Transports et de 1 'Espace

Direction de l'Architecture et de l'Urbanisme Sous-Direction de 1'Enseignements et des Professions

Bureau de la Recherche Architecturale Cyrille Simounet, chargé du suivi

METHODOLOGIE DE CONCEPTION ARCHITECTURALE ADAPTEE A L'EMPLOI DE PRODUITS INDUSTRIELS

ET A L'ORGANISATION DE CHANTIER

I. TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE

Contrat de recherche N° 82225 du 29 novembre 1990

Responsable Scientifique: Pétia Candéva

Ecole d'Architecture de Paris - La villette 144, rue de Flandre - 75019 Paris

La présente étude est menée pour le compte de la Direction de l'Architecture et de l'Urbanisme dans le cadre du programme pluri-annuel de recherche architectu­

rale (1990-1993), liée à l'enseignement.

Ses travaux sont orientés vers la prise en compte des modes d'organisation de chantier dans l'élaboration du projet architectural.

Commencée en décembre 1990, cette étude se trouve dans

la phase de prospection et de collecte de documents.

Cette première partie "TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE" représente un exposé des problèmes de réalisation à prendre en compte dans le projet architectural.

Elle constitue le rapport intermédiaire de la recherche, remise au Bureau de la Recherche Architecturale en exécu­ tion du programme général de recherche menée par le

Ministère de l'Equipement, du Logement, des Transports

et de l'Espace avec le Ministère de la Recherche et de la Technologie.

Les jugements et opinions émis par les responsables de la recherche n'engagent que leurs auteurs.

Consultants : Collaborateurs : Coordinateur :

Gérard MELCHIOR (CSTB)

Loraine de SAINTE-MARIE (TEC-Habitat) Etudiants en architecture

Il est évident aujourd'hui que la compétitivité de la maîtrise d'oeuvre va dépendre de plus en plus de son implication directe dans l'organisation de la production

sur chantier. Car la garantie de qualité, de prix et de

délai exige une maîtrise du processus d'élaboration du produit-bâtiment de l'amont à l'aval. Ce qui induit:

- une prise en compte des techniques et des produits utilisés sur le chantier dès l'élaboration du programme, et au moins dans la phase de conception du projet;

- une maîtrise des coûts et des prix de mise en oeuvre; - une organisation du processus de conception et de production.

D'où la nécessité d'acquisition d'un savoir-faire de

gestion de projet, de maîtrise complète du processus de

conception et de réalisation, permettant une

collaboration efficace entre maîtres d'ouvrage, maîtres d'oeuvre et entreprises.

Dans son étude "Du chantier à l'Architecture" (DÀU

- BRA, juillet 1988), P.Bachtold a démontré l'influence

de la conception sur la productivité sur chantier et au-delà, la nécessité de prendre en compte dès le début

de la conception les contraintes de rendement et de

coordination du chantier, pour arriver à une maîtrise

économique du projet. Le constat d'une très forte inci­

dence de la conception sur le prix prone pour une

conception favorable à une organisation du travail

optimale, tant pour dynamiser le contexte des chantiers que pour maîtriser la qualité.

Car la faible maîtrise du rapport conception/

réalisation amène au moment de la consultation des entre­ prises à des modifications du projet pour des solutions qui, non seulement sont une source d'appauvrissement du

projet, mais elles ne résolvent que des aspects secon­

daires des problèmes posés au point de vue du chantier, tandis que les défauts de conception à la base restent

intacts: rapport organisation spatiale/organisation de

“chantier; prise en compte des techniques utilisées;

entre-prises sont obligées pour déjouer la concurrence, de traiter à des prix très bas, au risque d'une réduction de la qualité d'exécution. L'absence de préoccupation di­ mensionnelle à la conception (calpinage, détails d'exécu­

tion: seuils, appuis, tableaux, linteaux, angles) est

à la base de la mauvaise qualité d'exécution, car la

main-d'oeuvre (même très qualifiée) ne peut pallier ces

carences de conception sans que sa productivité baisse. Le prix de construction comporte le coût de la main-

d'oeuvre et le coût des matériaux. La conception a une

influence directe sur les prix, par l'optimisation dimen­ sionnelle et quantitative des matériaux d'une part, et

d'autre part, par la complexité des travaux qu'elle

engendre et la possibilité de leur enchaînement qu'elle permet dans l'organisation du travail.

La maîtrise des délais repose sur la coordination de

l'avancement global du chantier. Elle nécessite donc la

la connaissance de la longueur des délais d'exécution

des techniques préconisées, et du rapport entre les

volumes des travaux d'exécution de chaque technique.

La conception doit permettre une exécution claire­ ment dissociée d'un corps d'état à l'autre (coulage

de béton/maçonnerie; couverture/revêtement extérieur...)

concentrant les cas particuliers à des endroits dissociés de l'exécution des parties courantes du bâtiment pour permettre la réalisation rapide du clos-couvert.

Ces constatations ne sont pas cosidérées comme contraignantes pour l'expression architecturale, mais au contraire,comme le point de départ de son enrichissement, puisque les parties spécifiques - départ de murs,

de plancher, ouvertures, etc.

conception et une réalisation

courantes. Les particularités

matériaux - briques, détail architectural.

rives

- demandent une

différentes des parties

dimensionnelles des

composants - viennent guider le

ronrtit^?on°îîîîa^ SaïCe des contraintes constructives est la condition du développement de la richesse du détail.

de n°^re étude est de trouver une

orïse in9i L « L CSnCeptï0n ^ h i t e c t u r a l e , permettant la

II.l. LÀ FILIERE CONSTRUCTION

Toute industrie se caractérise par les facteurs de la production :

- le travail (la main-d'oeuvre),

- le capital fixe (équipement en machines et bâtiments d'usine),

- le capital circulant (matériaux rentrant dans la production dont résulte le produit final). Le bâtiment est une production spécifique où s'ajoute un facteur particulier: le terrain. Tandis que le capital

fixe est amorti à terme, le capital circulant restitué

par le produit final, le terrain est un bien non

récupérable et bien patrimonial de longue durée.

Comparé aux autres industries, le bâtiment se

caractérise par ailleurs par des conditions de production spécifiques:

- l'unité de production du produit final (le

chantier) est le lieu de sa livraison et de

son usage;

- l'unité de production est de courte durée - donc, limite des investissements du capital fixe;

- les conditions du travail sont exposées aux variations climatiques qui imposent le rythme

de production - donc, rythmes de production

aléatoires;

- l'organisation du travail est aléatoire et comporte des temps morts - il s'en suit des risques d'erreur de prévision.

Mais le bâtiment est un secteur productif très important de l'économie nationale.

Une étude de l'INSEE pour l'intervalle de 11 ans de 1970 à 1981 a décomposé le système productif français en

90 branches (l branche correspondant à la production

les échanges entre branches en fonction de la demande fi­

nale, complétés par des regroupements fonctionnels, ont

été définis 19 FILIERES nationales de production.

(•'Economie et statistigues" N° 151, janvier 1983)

La plupart des filières de production, stables à

moyen terme, se caractérisent par trois segments:

- l'amont de la production: fournit aux autres

branches (les matières premières);

- le centre de la production: branches de

transformation (la production finale);

- l'aval de la production: achète aux autres

branches (le commerce et les services).

La construction est une des 19 filières nationales et par le nombre d'emplois qu'elle occupe elle se situe en

deuxième position après l'agro-alimentaire (hors les

services).

Elle est composée:

- en amont - par la production des matériaux de construction et du matériel;

- au centre - par les entreprises de BTP (Bâtiment et Travaux Publics);

- en aval - livraison et gestion du produit de la filière construction.

Les produits de la filière construction (bâtiment et génie civil) sont:

- le logement;

- les bâtiments agricoles, industriels et de stockage ;

- les bureaux, les bâtiments commerciaux; - les bâtiments scolaires, hospitaliers,

sportifs, de loisirs;

- les réseaux: routes, voies ferrés,électricité, canalisations, télécommunications ;

- les ouvrages d'art (ponts, tunnels), ouvrages

maritimes et fluvieux, aménagement du terri­

toire.

La filière construction a trois domaines d'interven­ tion:

- production neuve;

- amélioration d'ouvrages existants;

Le produit de la construction est un produit original et le processus de son élaboration est un processus ori­ ginal par rapport aux processus industriels.

Tandis que dans 1 #industrie, 1•industriel assure et

contrôle: - 1'analyse de la demande, - la conception du produit, - la fabrication, - la commercialisation, - et parfois, la maintenance,

le processus de production en construction se passe en

trois phases (maintenance non comprise), assurées par

différents intervenants, où le producteur (n'intervenant

que dans la phase "réalisation") ne contrôle pas la fili­ ère (demande, conception, livraison, commercialisation du produit).

étape: programmation conception réalisation

inter­ venant :

maître d ’ouvrage maître d ’oeuvre

(architecte, ingénieurs)

entreprises industriels artisans assure : -le"montage d'opération":

-acquisition foncière, -financement -études juridiques: Urbanisme,environnement, Code du travail -études géotechniques du sol et du terrain

-enquête sur les qualités fonctionnelles exigées et les besoins des futurs usagers -la conception des projets (architecturale; technique et économique) •le choix des

entreprises -la mise en oeuvre,la réalisation des travaux (préparation, planification du chantier: main-d'oeuvre, approvisionne­ ment)

Caractéristiques particulières du produit construc­ tion:

- support renouvelé à chaque nouveau produit - le sol - longueur du processus d'élaboration du produit; - longueur du processus de consommation (l'usage); - le produit a un rôle culturel et symbolique -

c'est une création artistique (l'architecture). Caractéristiques particulières du processus d'élabo­ ration du produit construction:

- plusieurs intervenants;

- le producteur ne contrôle pas la filière;

- la réalisation du produit se fait sur le lieu de sa

fourniture et de sa consommation: conditions de

travail sur le chantier distinctes de l'usine;

- importance de la maintenance pour prolonger la vie du produit.

II.2. L 'INDUSTRIALISATION - UN BESOIN DE LÀ PRODUCTION

Dans une société industrielle, l'utilisation de

produits et de moyens industriels est dans la logique même du système économique.

Dans le bâtiment, l'amont de la production - maté­

riaux, semi-produits et produits industriels - peuvent

être réalisés à l'usine avec des moyens industriels. Mais au centre de la production - la réalisation de l'ouv­ rage, produit final de la construction - est une produc­

tion traditionnelle (processus intégré); c'est-à-dire,

une mise en forme des matériaux et semi-produits sur le site, le chantier.

Industrialiser le bâtiment signifie une mise en forme des matériaux dans des unités de production distinctes du chantier - des usines éloignées du chantier, ou bien des ateliers sur le site du chantier mais à côté de l'ouvrage à réaliser - en éléments dont l'assemblage et le montage forment le bâtiment (processus éclaté).

Produire le bâtiment dans des unités distinctes du produit final signifie que sur place la réalisation n'est plus l'exécution du gros-oeuvre sur lequel vient se greffer le second-oeuvre, mais l'assemblage d'éléments pour en constituer des ouvrages (appelés "organes" dans

la norme internationale ISO 6241) regroupant des

fonctions communes:

- fondations - reportant les charges et assurant la

li-aison avec le sol;

- structure - l'ensemble d'éléments contribuant à

transmettre les efforts aux fondations (planchers, ossatures, murs);

- enveloppe - le clos et le couvert,assurant l'impermé­

abilité et la limite intérieur/extérieur (façades et toitures);

- partitions - les éléments délimitant à l'intérieur de

l'enveloppe et de la structure des

volumes élémentaires (cloisons, portes) + les finitions (revêtements de sol,de murs

et de plafonds, peintures);

- équipements - l'ensemble du dispositif pour le service

technique de l'usage: éclairage, distri­

bution des fluides, évacuation des

ordures, circulation verticale (ascen­

seurs), information (radio, télé), sani­

taires, équipement ménager.

Les fondations et les structures représentent le

gros-oeuvre et les trois autres, le second-oeuvre. Dans

la construction traditionnelle, le second-oeuvre succède

au gros-oeuvre. Avec l'industrialisation, une évolution

se produit dans le temps de la production: les éléments

fabriqués en usine peuvent comporter une grande partie des finitions et des équipements techniques avant leur mise en oeuvre sur le chantier.

Si l'importance de l'industrialisation du bâtiment en France était considérée à 15% pour 1985, soit environ 70 000 équivalent logements, l'intervention et l'inci­ tation de l'Etat ont été nécessaires pour atteindre ce

pourcentage. Cependant son engagement décisif, souhaité

par différents intervenants, n'est pas envisagé, ni envi­ sageable dans un contexte qui ne l'oblige pas à une telle démarche volontariste.

C'est par la concertation entre les différents inter­ venants que des objectifs d'industrialisation peuvent être atteints, tels que les technologies, les tolérances, les assemblages, la qualité, la conception.

Les maîtres d'ouvrage des constructions publiques et l'Union Nationale des HLM jouent un rôle prépondérant dans le développement de l'industrialisation du bâtiment.

Etant donné la place grandissante de la maîtrise

d'ouvrage, on peut s'attendre que les maîtres d'ouvrage se donnent les moyens et les connaissances qui leur per­ mettront de maîtriser les aspects techniques des exigen­ ces qu'il faudra formuler au stade de la commande^

Mais c'est aussi et surtout le rôle de l'igénierie (architectes, bureaux d'études, ingénieurs conseils) de

favoriser l'expansion de l'industrialisation, étant

donnée la prééminence de la conception à la réalisation. Enfin, l'adaptation et l'adaptabilité des entreprises aux nouvelles techniques et méthodes d'organisation per­ mettra réellement le développement de la construction

ANNEXE D

(ne fait pas partie intégrante de la norme)

E X T R A IT D E L A N O R M E IN T E R N A T IO N A L E IS O 6 2 4 1 : 1 9 8 4 (F) Tableau 3 — Organes du bâtiment

Organe _{ou assemblagas de composants}Exemples de composants Code SfB

1 Structure

1.1 Fondations Superficielles (semelle, radier, etc.)

Profondes (faux puits, pieux, parois moulées, etc.) (16) (17) 1.2 Structura porteuse Colonne, poutre, panneau, dalle, coque, treillis, etc. (2 -) 2 Enveloppe extérieure

2.1 Enveloppe sous le sol Enveloppe inférieure, latérale et supérieure (plancher sur (13)06) (21»|,>(23)0> sol, murs sous-sol, toiture souterraine, etc.) (27)11»

Ouvertures (entrées de canalisations, puits, etc.) (31) (33) (37) 2.2 Enveloppe au-dessus Enveloppe inférieure, latérale et supérieure (plancher (21»<,((23)‘,>(27)<,>

du sol inférieur sur vide extérieur, façade, toiture, etc.)

Ouverture (portes, fenêtres, lanterneaux, etc.) (31) (33) (37) 3 Divisions extérieures è

l'enveloppe

3.1 Divisions extérieures Partitions (murs, balustrades, etc.)

verticales Ouvertures (portes, grilles, etc.)

3.2 Divisions extérieures Planchers (terrasses, balcons, auvents, etc.)

horizontales Ouvertures (trappes, etc.)

3.3 Escaliers extérieurs Escaliers, rampes, etc. (24J*1*

4 Divisions intérieures à l'enveloppe

4.1 Divisions intérieures Partitions (murs, balustrades, placard-cloison, etc.) (22 F1»

verticales Ouvertures (portes, etc.) (32)

4.2 Divisions intérieures Planchers (23)|1,(3S)

horizontales Ouvertures (trappes, etc.) (33)

4.3 Escaliers intérieurs Escaliers, rampes, etc. (24)<’>

(1) Selon la classification SfB. (21 ! peut inclura (31)at (41), (22) peut inclura (32) et (42). et de même pour (23). (24). (25) et (27).

II.3. DEFINITION DE L'INDUSTRIALISATION ET CHIFFRES COMPARATIFS

Qu'est-ce qui caractérise l'industrialisation?:

- un mode de production fondé sur l'emploi des machines;

- une organisation scientifique de la production:

c'est-à-dire, la recherche de conditions optimales d'exé­ cution des travaux de construction répondant aux concep­ tions économiques modernes et au progrès technique, par une préparation méthodique du travail.

La production en série n'est pas une caractéristique de l'industrialisation et n'était pas inconnue avant

l'utilisation de la machine. La répétition des gestes

donne une meilleure productivité. ce qui est déjà utilisé dans l'artisanat (répétitivité des objets produits).

L'utilisation des machines implique une plus grande quantité de production pour obtenir des prix de revient acceptables et l'amortissement des frais fixes de l'en­ treprise. Les installations lourdes exigent une produc­ tion en série.

L'automation ouvre la possibilité de diversité, à l'intérieur de la série, à coûts comparables.

Mais 1'idée de la série a conduit dans le bâtiment à l'élaboration de projets-type et la construction de bâtiments identiques, alors que rien n'est véritablement répétitif dans le bâtiment - ni l'adaptation au terrain, ni la maison entière, ni le détail-même.

Même si l'industrialisation de la filière construc­

tion depuis les années 1950 reste comparable aux

autres branches industrielles en France (exprimée en

pourcentage de l'augmentation du capital fixe - ma­ chines, matériels, bâtiments, équipements - par personne employée), la construction garde un caractère d'industrie

--Quelques chiffres:

- 8% de la population active travaille dans le bâtiment (environ 28% - artisans; 29% - immigrés).

- Croissance du capital fixe par travailleur de 1952 à 1972:

- BTP (bâtiment et travaux publics) - 152%

- Industries intermédiaires (matériaux de

construction, sidérurgie, chimie) - 188%

- Industries mécaniques et électriques - 126%

- La valeur ajoutée (productivité apparente) par travail­

leur était en 1952 pour le BTP dans la moyenne des autres

branches, mais malgré sa progression de 108% jusqu'en

1972, elle se trouve nettement en arrière: - Industries intermédiaires - 264%

- Industries mécaniques - 200%

Depuis 1965 le Ministère de l'Equipement tient un inventaire de l'appareil de production.

La préfabrication lourde semble perdre du terrain au profit des coffrages-outils.

Termes introduits:

- préfabrication lourde - construction en grands panneaux et grands éléments d'usine ou d'atelier sur le chantier

- coffrages-outils = coffrages préfabriqués: grandes

plaques métalliques ou panneaux en contreplaqué.

unités de prod. logements/ jourj

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i

1966 1973 1976 1966 1973 1976j

usines de grands éléments 118 250 227 281 857 780i

g r .élém.d 'atelier/chantier 68 117 98 120 172 1441

coffrages-outils 126 240 330 210 239 364;

Le potentiel des usines et ateliers est désormais utilisé à 50% de leur capacité, donc il y a surinvestis­ sement, face à un marché qui se rétrécit.

Les observations sur 1200 chantiers de logements et 40 -de bureaux, commencés en 1973, ont montré la part des techniques industrialisées utilisées par rapport aux

méthodes traditionnelles. Ces résultats sont un peu

faussés par le fait que les hourdis et les prédalles sont

comptabilisés dans le traditionnel. D'où la conclusion

que l'industrialisation (préfabrication lourde + coffra­ ges-outils) occupe un peu moins de 50% du bâtiment.

logements bureaux

préfa coff-out trad préfa coff-out trad

planchers 6% 23% 71% 20% 63% 17% murs,ossatures 12% 31% 57% 20% 54% 26% façades 21% 7% 72% 80% 17% 3% toitures 12% 31% 57% _{/ / /} couvertures 0,1% 0% 99,9% _{/ / /} cloisons 33% 0% 67% 21% 35% 44% escaliers 46% 1% 53% 54% 10% 36% faux-plafonds _{/ / /} 99,5% 0% 0,5%

Les composants interviennent encore dans une

proportion faible. Il a été introduit un indice d'indus­

trialisation par composant de logement:

coût des composants (fabrication,transport,pose) coût des logements

Terme introduit:

- composant = élément préfabriqué = produit industriel

(appellations utilisées à différentes époques depuis

les années 1950, correspondant à différentes phases de

l'industrialisation du bâtiment en France)

Les industriels construisant des usines et des

bureaux pour leurs propres besoins - par des impératifs

de délais et d'é c o n o m i e . ainsi que par le souci de

q u a l i t é . ont fait appel à des procédés industriels - de

cette façon ils ont contribué au développement des

techniques industrialisées et à la promotion de procédés

et de matériaux nouveaux.

Il faut noter l'apparition, depuis les années

de nouveaux matériaux et de technologies nouvelles : - pliaqe à froid des aciers;

- fabrication de profils par filaqe; - formaqe des tôles;

- injection des mousses;

- utilisation des plastiques;

- utilisation du bois aqgloméré, etc...

1950,

T S 5 T r A . »

'{<•$

Les premières années d'après-guerre, caractérisées

par l'insuffisance des engins de levage, et sous

l'influence de la maçonnerie traditionnelle, ont favorisé des procédés par petits composants.

La période qui a suivi a été marquée par l'évolution

rapide vers les grands éléments préfabriqués, même des

maisons entièrement achevées en usine.

Des bâtiments-modèle, réalisés à partir de projets-

type, ont confirmé l'idée du bâtiment répétitif. Tous

les procédés développés à cette époque:

- modules tridimentionnels (voir "terme

introduit", page 31);

- constructions métalliques;

- grands panneaux en béton armé,

suivaient cette logique de répétitivité et de production en grande série.

D'autre part, la rationalisation des grands panneaux

par l'intégration poussée de nombreux équipements et par l'incorporation du second-oeuvre au gros-oeuvre (éléments

enrichis) développait cette tendance de production en

série. Seules les contraintes de transport et de manuten­ tion ont limité la taille et l'enrichissement des élé­ ments fabriqués usine.

Telle était encore la conception de l'industrialisa­

tion vers les années 1975, et toute la recherche mise

en oeuvre pour remettre en question cette conception, a

longtemps été influencée par trente années de

préfabrication lourde (celle que l'on appelle aujourd'hui 0 "industrialisation fermée", c'est-à-dire, correspondant à la préfabrication réalisée à partir d'un projet défini, dont il s'agissait de faire le découpage en éléments à réaliser en usine).

Les recherches engagées ont porté sur une "industri-

y alisation ouverte", c'est-à-dire, visant la préfabrica­

tion d'éléments (appelés composants) qui ne seraient pas liés à un projet donné et seraient conçus comme des

produits industriels autonomes, disponibles sur cata­ logue .

Donc, on est passé à la conception d'éléments indé­

pendants d'un projet, groupés par famille fonctionnelle:

planchers, escaliers, façades, cloisons...

Il fallait maintenant découper le projet à partir de fonctions communes à tout bâtiment et selon les qualités

demandées pour chaque fonction. On a défini ainsi cinq

"séquences" propres au bâtiment, chacune jouant le même

type de rôle dans le bâtiment et répondant au même type de performances attendues:

les fondations - performances liées au sol; la structure - exigence porteuse;

le clos et le couvert = façades et toitures exigences thermiques et d'étanchéité; les partitions = cloisons - exigences de com­

patibilité dimensionnelle - avec une

préoccupation sur les finitions;

les équipements = gaines, cables, sanitaires... - raccords aux autres organes, souplesse. Terme introduit:

- séquence = un des ouvrages (ou organes) constituant le

bâtiment, pour l'exécution duquel les travaux ont été

regroupés, de façon à pouvoir réceptionner chacun comme un ouvrage terminé.

La production des composants (partitions, équipe­

ments et autres éléments intérieurs) relève des industri­

els; les structures et les enveloppes - du domaine des

entreprises du bâtiment. Une redistribution de la part

qu'occupe dans le bâtiment l'industriel face à l'entre­ prise s'opère à chaque introduction de nouvelles tech­

niques ou produits industriels. Cette situation provoque

des résistances à l'industrialisation de la part des entreprises et les pousse à une innovation limitée au chantier, qui est son domaine d'intervention.

®éminaire organisé par Mme Candéva à l'Ecole ^ Architecture de Paris - la Villette "Industrialisation et conception architecturale" - interventions de M. Chemillier et de M. Guihenneuc)

L w Y u^e -1?00 chantiers ouverts en 1973 a montré

maître d'ouvrage public et surtout dans le domaine du lo catif social:

: préfa : coffr-outil :: traditionnel

HLM-locatif 20% 28% 52% HLM-accession à la : propriété 10% 17% 73% Secteur non-aidé (promoteurs privés): 18% . 7% 75%

La réforme de l'aide au logement tend à replacer les technologies dans un cadre concurrentiel, en effaçant les frontières entre le logement social et les autres catégo­ ries.

On peut résumer les étapes de l'industrialisation en France par trois grandes périodes:

- Années 1955 - 1975: les éléments préfabriqués - préfa­

brication lourde en grands panneaux, avec approfondisse­

ment de la notion de produit multifonctionnel et de nom­ breuses recherches pour obtenir des panneaux complètement terminés en usine, y compris les parements extérieurs.

- Années 1975 - 1985: les composants innovants - l'inno­

vation est entendue comme "produit plus concurrentiel",

moins coûteux et plus facile à façonner, dont les maté­

riaux et les technologies ne sont pas obligatoirement innovants. Ces composants "enrichis" devaient associer de façon non traditionnelle diverses fonctions dans un même composant, même si la redistribution des fonctions a

réduit leur champ fonctionnel par rapport aux grands

panneaux .

- Depuis 1985: produits industriels - envisagés davantage en concordance avec le marché et avec la notion de synergie.

III.2.1. CHANTIERS DE TAILLE MOYENNE

L'industrialisation apporte des solutions économiques pour les chanties de taille moyenne - 50 à 150 logements, pas très personnalisés et sur des terrains qui n'entraî­ nent pas d'importants travaux de fondations et d'adapta­ tion au site.

Les techniques les plus répandues sur ce type de chantier consistent à réaliser:

- la structure porteuse - avec du béton coulé sur place, utilisant des coffrages-outils;

- les partitions - par petits composants (briques,

blocs de ciment, carreaux de plâtre) ou grands éléments (panneaux de hauteur d 'étage);

- les escaliers - préfabriqués;

l'enveloppe - par petits composants (blocs-ciment,

briques);

les équipements - en composants simples et réseaux de canalisation réalisés de façon traditionnelle.

Les perspectives

La technique du béton coulé sur place s'est imposée sur la préfabrication. Mais:

- elle ne profite pas des progrès techniques possibles en usine;

- la main-d'oeuvre est sur le chantier (les nou­

velles exigences de sécurité et de

valorisation du métier vont augmenter les dé­ penses ) ;

les coffrages-outils qui ont atteint un niveau de perfectionnement et de productivité élevée (donc, peu de possibilité d'évolution) sont en contradiction avec l'exigence de formation et de haute qualification de la main-d'oeuvre, puisqu'iis utilisent une main-d'oeuvre non qualifiée;

- les techniques de chantier exigent des études

coûteuses de projet et une organisation

poussée des tâches sur le chantier.

Il est donc possible d'envisager que des systèmes constructifs trouvent leur place sur les chantiers de taille moyenne.

terme introduit:

- système constructif = éléments préfabriqués constitu­

ant la fonction "structure". Entendu dans un sens plus

large à la fin des années 1970, il était défini dans les

Circulaires du Ministère de l'Environnement et du Cadre

de vie du novembre 1977 et du juin 1978 comme: "un en­

semble de composants à partir desquels il est possible de

construire en quasi-totalité des bâtiments d'archi­

tectures variées".

- Pour les autres ouvrages:

On utilise de la main-d'oeuvre et des corps de métier traditionnels correspondant aux structures profession­

nelles en place dans les régions. Les problèmes de coor­

dination , de perte de temps, de travaux de rattrapage ne

sont pas résolus. Face aux résistances des habitudes pro­ fessionnelles, le choix des composants par le maître d'ouvrage et par les concepteurs est décisif pour leur utilisation très large sur le chantier.

Il est possible d'envisager l'utilisation de diverses familles d'éléments d'enveloppe provenant de producteurs

différents, eux-même compatibles avec diverses familles

d'éléments de partition.

Il est évident que les éléments de construction proposés par les différents producteurs doivent être bien

connus par les concepteurs, qu'ils puissent être livrés

en tout chantier sans que le coût de la distribution qui représente un poste important (souvent plus de 20% du

prix de revient des produits) annule les avantages obte­

nus dans la production.

Compte tenu des contraintes de transport, d'accès au terrain et de manutention pour la pose des éléments qui

sont propres à l'industrialisation, une étude de

faisabilité doit être systématiquement faite pour valider le choix final des techniques de mise en oeuvre choisies.

II1.2.2. LES AUTRES OPERATIONS

1. Les grandes opérations de logements ne sont plus

guerre envisageables. Mais dans ces cas, la diversité

architecturale peut être obtenue par la conception des différents bâtiments par différents architectes qui uti­ liseraient les mêmes ou différents systèmes constructifs avec le recours accru à des produits industriels.

2. Les petites opérations (petits immeubles collec­

tifs, maisons individuelles isolées ou groupées)

utilisent le plus souvent les techniques traditionnelles

pour la structure, et pour 1'enveloppe - des petits com­

posants (briques, blocs de béton, plaques de béton); pour les planchers - des poutrelles préfabriquées et hourdis,

exécutés par des petites entreprises locales, implantées

à proximité de la demande et sans recours à des engins de

manutention coûteux. La part du travail sur le chantier

est très importante. La banalisation des produits indus­

triels sur les chantiers de taille moyenne aura des retombées favorables à leur utilisation dans le petit collectif.

L'amélioration de la qualité des composants (régu­

larité de forme et de dimensions) et des modes de pose, l'introduction du collage à la place de la pose au mortier, facilitera la généralisation des produits indus­ triels.

3. En ce qui concerne les opérations très spéci­

fiques (hôpitaux, immeubles de réunion publiques à

grandes salles, sièges de sociétés) on peut difficilement penser à l'emploi d'éléments préfabriqués:

pour la Structure, il sera plus vraisemblement fait

appel à des coffrages-outils. La taille des chantiers

permettra d'amortir les frais de conception et de coordi­ nation des travaux sur le site.

- 1 'enveloppé - par des panneaux de béton architec­

tonique ou des panneaux légers (métal, verre), fabriqués

à la demande;

7

partitions

III.3. EVOLUTION DES MATERIAUX ET DE LEUR MISE EN OEUVRE

Les innovations dans le domaine des matériaux peuvent modifier le processus de production.

Un effort de recherche a été entrepris pour améliorer

les matériaux, optimiser leur emploi et faire naître des

produits nouveaux.

Des recherches fondamentales sur la physique des ma­ tériaux ou des recherches appliquées pour l'obtention de nouvelles performances des produits destinés à la cons­ truction et sur les technologies nouvelles, ont porté sur des sujets très divers:

1. La connaissance de l'influence des facteurs comme le

temps . la chaleur. le feu, l'humidité, le rayonnement so­ laire sur la structure des matériaux.

2. Elaboration de matériaux composites (hétérogènes) en

associant les qualités de plusieurs matériaux: béton de

fibres, plaques de

plâtre cartonné

lyestère renforcé de fibres de verre), céramique

renforcée de fibres ou de métaux, panneaux-sandwitch de

métal êt de mousses plastiques. x

3. Modification des performances des matériaux par des

techniques diverses: adjuvants des bétons, imprégnation

des bétons par des résines, ajouts dans les matières

plastiques.

4. Développement des matériaux à caractéristiques ré­

glables: verres à

transparence

moins

5. Amélioration des qualités des mousses de plastique:

insensibilité et

étanchéité

titude à las PJQjeter, adhérence à d'autres matériaux,

6. Economie de matière par des techniques nouvelles de découpe pour réduire les chutes (bois, découpe par laser

des tôles épaisses); par des méthodes de calcul des

structures par ordinateur.

7. Utilisation de déchets et de sous-produits pour

économiser les matières premières et pour éliminer

certains déchets: copeaux de bois, déchets de liège,

paille de blé, laitier - utilisés dans la fabrication du

béton; production de plâtre artificiel - sous-produit de

l'acide phosphorique; utilisation de copeaux et sciures

dans le bois aggloméré ou reconstitué par aboutage; des

briques de terre ou la terre projetée.

8. Assemblages à sec (nouvelles techniques de joints) -

collages et soudages nouveaux:

collage à froid sous pression ou par pressage à chaud

(adhésivité mécanique ou physico-chimique) avec des col­

les de résines époxydes (en usine: collage de contre­

plaqués, panneaux de particules, verres de sécurité, bois

laméllé-collé; sur le chantier: pour coller les pan­

neaux de façade, les carreaux de grès, les menuiseries

métalliques ou pour de reprises de béton nouveau sur le béton ancien);

soudage: avec le laser ou par bombardement neutroniaue

ou par ultra-son.

9. Equipements techniques nouveaux - pompe à chaleur,

énergie solaire, commandes électroniques, circuits élec­

triques imprimés.

Les industries liées au Bâtiment (liants hydroliques,

bois, terre cuite, verre) ont réalisé des matériaux et

semi-produits pour le bâtiment et certains industriels,

comme Saint-Gobain, s'orientent vers les composants et

les produits industriels.

La mise en forme des matériaux dans la construction est liée à cette évolution des matériaux.

1. Mise en oeuvre des matériaux sur le site:

“ pour la structure le béton est mis en forme sur le site par la technique du béton coulé avec des

coffrages-tunnel et des coffrages-outils très sophistiqués s'adap­

tant aux opérations très complexes. Le prix du béton

relativement bon marché et stable favorise cette

technique - avec une possibilité de simplifier les coff­ rages ;

- avec du béton colloïdal léger, alimenté sur

le chantier par des pompes perfectionnées; - avec des armatures préformôes vendues sur

catalogues par éléments typifiés;

- avec l'utilisation de la chaleur pour la prise rapide du béton.

- pour les enveloppes, les partitions et les équipe­

ments sur le site:

- utilisation de coffrages perdus en plastique

laissés comme revêtement extérieur des

façades;

- canalisations souples en plastique et mini­ tubes, pour le chauffage et le sanitaire.

2. Mise en oeuvre des matériaux en usine:

- les innovations:

- utilisation de machines de traitement des contrôles de qualité;

- l'automation - utilisée dans les usines de menuiserie en bois, pour la fabrication du verre double (Saint-Gobain) - permettant le réglage et le mouvement automatique des ma­ chines par cartes perforées et leur autocon­

trôlé par instructions enrégistrées (elle

concilie la diversité des produits et la la production en série);

- grâce aux nouveaux assemblages - précision

dimensionnelle des pièces assemblées en

usine permettant les rattrapages de jeux et nouvelles techniques de joints.

3. Transport et manutention des composants

- D'une importance considérable en usine comme sur le chantier, la manutention exige des engins très mobiles et

en même temps pouvant porter des éléments lourds (5 à 10

pré-cision à grande distance, permettent la réalisation d'un plan masse assez découpé.

Le transport doit réduire le risque de détérioration

des éléments. Le poids des composants doit être réduit,

leurs dimensions correspondant à la réglementation

routière en France.

Pour l'exportation: par avion, par hélicoptère.

Principalement utilisée dana laa charpantaa, les aaeem- blagea an bois lamellé-collé aa caractériaant par leur lé­ gèreté et leur excellente réaiatanca.

III.4. NORMALISATION

La production de composants disponibles sur catalogue qui ne sont pas liés à un projet donné signifie qu'il est

possible de les vendre comme des matériaux de

construction à des usagers indépendants des producteurs. Ces composants se caractérisent donc par leur:

- présentation sur catalogue;

- indépendance entre production et utilisation;

- disponibilité rapide (stock de l'industriel ou du ré­ seau de distribution);

- mise en oeuvre rapide et simplicité de finition (temps

de travail de montage prévu);

- respect des conventions de coordination dimensionnelle qui permet leur compatibilité de composition et d'as­ semblage .

La coordination dimensionnelle avait déjà fait l'ob­ jet vers les années 1950 à de nombreuses études au niveau international.

En 1947 a été créé un organisme international de normalisation concernant tous les domaines de l'industrie

ISO (Organisation Internationale de Standardisation),

regroupant 82 pays. La Division N° 3 y concerne le Bâti­

ment, où un Comité Technique travaille sur les

composants: terminologie, coordination dimensionnelle,

tolérances,joints, fixations, exigences et normes sur les performances des produits. Différents documents normatifs sont élaborés - règlements, recommandations, directives - définissant les règles de qualité qui ont une valeur im­ pérative pour les concepteurs et les producteurs.

L'Agence Européenne de Productivité (AEP) de l'OCDE, créée en 1954, dans ses rapports de 1956 et de 1962 a préconisé le module de base M = 10 cm.

En 1961 est créé un Groupe International Modulaire

(IMG) pour les échanges internationaux sur la coor­

dination dimensionnelle à l'échelon non-gouvernemental. D'autres organismes sont créés:

- CIB - Conseil International du Bâtiment, pour la re­ cherche, l'étude et la documentation;

- Comité de l'habitation, la construction et la

planification de la CEE auprès de l'ONU, où un groupe de

travail de l'Industrie du Bâtiment suit et examine les travaux de l'ISO, du CIB et de l'IMG;

- UEATc (Union Européenne pour l'Agrément Technique)

certifie au niveau international les produits industri­ els destinés à l'exportation.

L'ISO publie les normes internationales.

Le module de base de coordination dimensionnelle est

établie; - dans le plan vertical à M = 10 cm; et

- dans le plan horizontal - à 3M = 30 cm.

Les travaux de l'ISO, de l'IMG et de la CEE sont

suivis et appliqués par les pays, à travers leur

réglementation nationale.

Le IV Séminaire de la CEE sur l'Industrie du Bâtiment en 1973 à Londres a souligné "la nécessité d'harmonisa­ tion des règlements en vue des échanges commerciaux:

système de positionnement des composants, joints, tolé-

rences, dispositifs d'assemblage."

En France l'Association Construction Composants (ACC) a proposé des conventions générales de coordination dimentionnelle où des conventions graphiques nouvelles

sont apparues. Car, l'établissement des documents d'exé­

cution pour le chantier exige des informations sur le système de référence de positionnement des composants à

l'égard de leur pose; sur le degré de flexibilité des

produits; sur la coordination dimensionnelle, sur les

joints.

Actuellement dans la CEE des travaux sont engagés

dans la perspective du marché commun européen. En quel­

ques années sont créés 250 Comités Techniques concernant

le BTP, dont 38 - spécialisés dans le Bâtiment. Ces tra­

vaux sont approuvés après avis du Comité permanent de la construction.

(voir: Le Moniteur - N° spécial, mai 1991 - interview de

Pierre Chemillier, Président du CSTB et actuellement

Le CEN (Comité Européen de Normalisation) a reçu, fin 1990 et début 1991, des mandats:

- pour élaborer des normes portant sur les concepts

base en acoustique et en thermique, ainsi que - dans le

domaine de la physique - sur les conditions d'essai et sur les équipements en appareils d'essai;

- pour élaborer des normes de produits: des ciments;

des revêtements de sol souples; des revêtements d'étan-

cheité.

Les NORMES sont performancielles, et non

descriptives. Elles indiquent comment mesurer les

performances des produits, sans imposer un moyen pour y parvenir.

Mais les qualités préconisées pour les produits

doivent être garanties. La normalisation est complétée

par la CERTIFICATION. Il y aura en Europe une certifica­

tion obligatoire, et une volontaire. Le certificat

obligatoire - attestation de conformité à la norme - est délivré aux industriels par un organisme agréé qui suivra

leur production. Les certificats volontaires dépendront

de la demande des clients et de la volonté commerciale des industriels.

Toutes les caractéristiques d #un produit ne peuvent pas être appréciées dans la norme qui couvre une famille

de produit de façon générale. Il est nécessaire de

couvrir un produit déterminé pour certains usages

déterminés par des AGREMENTS TECHNIQUES. Les organismes d'Agrément Technique des Etats membres à l'EOTA (European Organization of Technical Approval) devront respecter les guides communs pour l'instruction des demandes.

Les normes et les agréments techniques européens

n'existent pas encore. En attendant, les fabricants

produiront conformément aux documents existants nati­ onaux .

Il s'agit de mise sur le marché de produits normali­

sés même s'ils ne sont pas exportés, et non seulement de

la réglementation sur les produits destinés à l'exporta­ tion.

II1.5.1. ANALYSE DE LA VALEUR

Considérée comme une remise en question des idées établies de la démarche traditionnelle de conception, l'analyse de la valeur consiste à analyser les fonctions d'un objet pour le concevoir comme un assemblage de

fonctions et non comme un assemblage de pièces. Ce qui

est recherché c'est de pouvoir établir les coûts de chaque fonction, pour définir un objet le plus économique possible correspondant le mieux aux attentes fonction­ nelles du produit.

La démarche traditionnelle de conception est

d'envisager un produit hautement performant et d'étudier

son coût ensuite. Pour en réduire le coût, une révision

de l'objet conçu est engagée, afin de décider des

performances à supprimer. Le nouvel objet correspondant

au coût souhaité, possédera les fonctions minimales -"le juste nécessaire"- pour assurer son fonctionnement et le niveau de satisfaction attendu.

Dans ce cas, il est possible d'établir à l'avance

quelles fonctions on peut considérer aléatoires pour les prévoir ou non dans une fourchette de prix admise.

L'analyse de la valeur est une démarche qui se pose comme tâche d'analyser les fonctions d'un objet pour en

distinguer: les essentielles, les secondaires et les

fonctions d'estime.

- les

fonctions

de la destinattion du produit: transporter (pour une

voiture); allumer (pour un briquet); habiter, se réunir,

travailler (pour différents types de bâtiment).

- les

fonctions

parvenir au fonctionnement de l'objet: à essence ou

diezel; à 4 places ou à 9 places; à toit ouvrant ou non

(pour une voiture); tenir dans la poche, dans la main;

fonctionner à gaz ou à l'électricité (pour le briquet)...

“ les fonctions

La "valeur" recouvre des critères de l'échange, de

la vente, de l'usage, de l'estime - pour exprimer des

niveaux de satisfaction objectifs, subjectifs et

économiques de l'utilisateur.

Il est constaté que le client est sensible sur 30%

des fonctions d'un objet, principalement celles de

l'estime.

Mais le coût du produit dépendra aussi des choix sur les fonctions principales, dont le niveau de satisfaction est défini par des critères de:

- faisabilité: avec les moyens techniques et

matériels dont on dispose;

- praticabilité: facilité d'utilisation;

- fiabilité: durée de vie désirée par l'utilisateur

pour un coût donné. Le coût est envisagé comme coût

global, c'est-à-dire, le coût de production + le

coût d'entretien pendant la durée de vie prévue. La fiabilité des matériaux et produits est calculée par la théorie des probabilités sur la base des

essais de leur durée de vie en laboratoire, qui

établissent leur caractéristique MTBF ("moyenne du temps de bon fonctionnement" ou "mean time between failures").

L'analyse de la valeur est appliquée largement dans l'industrie comme méthode de conception la plus adaptée

aux exigences actuelles sur les produits. En ce qui

concerne le bâtiment, elle a fait l'objet de différentes expérimentations - aussi bien pour la conception de bâtiments entiers, que pour l'élaboration de panneaux et

composants qui arrivent à associer de façon non

traditionnelle diverses fonctions dans un même composant:

bloc-fenêtre, bloc-porte coupe-feu, fond de loggia,

composant-refend, composant-capteur solaire, composant-

support d'étanchéité.

Elle provoque quelques réticences en architecture pour le risque de ne pas pouvoir prendre en compte des fonctions non exprimables d'ordre culturel, symbolique, psychologique.

De tout temps, la technologie développée à une époque donnée a conditionné la formation des formes et des détails architecturaux.

L'industrialisation a incontestablement produit une

nouvelle architecture. Mais si le constat d'échec a fait

rejeter l'industrialisation, le retour en arrière des

techniques de production n'est pas pensable - l'économie environnante est industrielle, marquée par l'utilisation de matériaux, semi-produits et composants de l'industrie: c'est une réalité présente.

Les grands noms de l'architecture Gropius, Le Corbu- sier, Mies van der Rohe ont sublimé la standardisation, faisant de la répétition, de la série, des valeurs archi­ tecturales .

Mais la construction de bâtiments identiques, où la

seule préoccupation était technologique et économique,

a laissé un patrimoine marqué par la monotonie. L'exi­

gence de diversité est devenue un besoin, non seulement

pour des raisons esthétiques, mais aussi comme besoin de

repérage dans la ville.

La question posée est comment réaliser industrielle­ ment des objets différents.

La tendance de construction par composants compa­ tibles a dégagé l'idée de dissociation entre volumes intérieurs habitables et structure porteuse incluant tous les réseaux venant de l'extérieur.

La "structure d'accueil" avec les réseaux (eau,éner­ gie, égouts) seraient de longue durée et les cellules

habitables "accueillies" seraient autonomes rempla-

cables (de courte durée).

Les idées de solutions de la structure ont été dominées par l'hypothèse de deux exigences contradic­ toires: attrait de la maison individuelle, et nécessité

de concentrer l'habitat dans des zones surpeuplées (re­

cherche de sols artificiels).

Cette recherche peut conduire à des solutions:

- en "structures d'accueil" constituées de réseaux de poteaux/poutres incluant les gaines des canalisations, dans lesquels viennent s'insérer des cellules d'habita­ tion comportant leurs propres planchers porteurs;

^®s . "Poteaux" (planchers très épais, presque des sols

artificiels) avec des points porteurs très espacés, liés

les-quels se placeraient des modules légers;

- des "cellules tridimensionnelles" empilées à parois

porteuses. Cette solution est déjà largement utilisée,

surtout au Japon et en URSS;

- des "constructions dégagées du sol" afin de rendre les

infrastructures indépendantes du sol, pour réduire les

dépenses de fouille et les aléas du terrain: solution

prévoyant des fondations ponctuelles, des canalisations

non enterrées et des voiries simplement posées sur le sol.

Termes introduits:

- modules = cellules tridimensionnelles = volumes - vo­

lumes préfabriqués en usine, constitués par l'assem­

blage en usine de grands panneaux en béton, ou coulés en monolithe à l'usine pour être transportés entiers sur le chantier. Il se pose le problème de transport et de levage, d'où la recherche de leur allègement.

Le concept du maître d'ouvrage est apparu et s'est précisé depuis la dernière guerre.

Selon la norme AFNOR P 03-001 (novembre 1972): "Le

maître d'ouvrage est la personne physique ou morale dési­ gnée par ce terme dans les documents du marché et pour le compte de qui les travaux ou ouvrages sont exécutés.

Les textes sur l'ingénierie (arrêté du 29 juin 1973,

JO du 4 juillet 1973) précisent: "Est appelé maître

d'ouvrage non seulement la personne morale pour le compte de laquelle sont produits les ouvrages, mais aussi le service, organisme ou agent public désigné pour la condu­ ite de l'opération d'investissement.

La directive d'application de l'arrêté (8 octobre 1973) a ajouté que le maître d'ouvrage est la personne chargée d'organiser les opérations d'investissement, de mettre en

place les responsables des études, de contrôler les tra­

vaux.

Les intervenants avec lesquels le maître d'ouvrage passera des contrats en vue de la réalisation de la con­

struction prévue, sont qualifiés de:

- locateurs d'ouvrage (ingénierie, entrepreneurs, contrôleurs techniques);

- fournisseurs; - promoteurs.

Les contrats sont régis par différentes parties du

Code Civil: vente, promotion.

Les marchés de construction de bâtiment ou de VRD

(voies, réseaux divers) figurent parmi les contrats de

louage d'ouvrage.

Le maître d'ouvrage peut être un simple particulier réalisant une construction pour son propre compte (notion de secteur diffus) ou un professionnel de la construction (notion de secteur groupé) dans le cadre de la réforme du