Cet ouvrage a été réalisé avec le soutien de Bouygues Batiment International, CESI et Hors-site.

Direction artistique : Élisabeth Hébert
Illustration de couverture : HTA, Greystar, Tide Construction

Mise en pages : Nord Compo

© Dunod, 2021

11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff

www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-082282-9

Préface

En 2015, une vidéo marque les esprits : une tour de 57 étages vient d’être édifiée dans le Hunan, en Chine, en moins de trois semaines. La préfabrication de modules dans un site fermé, installé à proximité du chantier, associée à une technique très élaborée d’assemblage sur site, a permis l’exploit sur lequel beaucoup d’entre nous avaient d’abord porté un regard amusé, mais distant. Comme si la construction modulaire éprouvée dans des terres lointaines ne nous concernait pas. D’autres exemples similaires firent progressivement prendre conscience des mérites de la construction hors-site : économie de matériaux, chantier propre, bas carbone, délais réduits, contrôle qualité efficace…

Mais, dans le même temps, l’idée de favoriser ainsi une industrialisation de la construction heurtait nos schémas de pensée les mieux établis : les Français accepteraient-ils un mode constructif pouvant entraver leur désir de personnaliser les lieux d’habitat ? pouvait-on imaginer de favoriser le déclin des professions artisanales du bâtiment – qui constituent une vraie richesse pour notre pays en participant grandement à la vitalité de nos territoires ?

Désormais, chacun a pu faire litière de ces freins supposés. On a compris combien la construction hors-site permettait de varier à l’envie les modules préfabriqués, un peu comme l’industrie automobile a developpé une variété presque infinie d’équipements conférant à chaque véhicule un caractère propre. Quant au risque de perte d’activité artisanale, il doit être résolument écarté tant les besoins de main-d’œuvre vont peser durablement sur les filières du bâtiment. Celles-ci sont appelées à prendre toute leur part dans l’accélération et l’amplification massives de la rénovation environnementale des bâtiments, laquelle devrait assurer le plein-emploi du secteur pour les trente prochaines années.

En somme, en décrivant la construction hors-site et les espoirs qu’elle rassemble, cet ouvrage vient à point nommé : il nous montre en termes accessibles et nourris d’exemples comment la filière du bâtiment peut rapidement investir ce mode constructif pour améliorer la productivité de l’acte de construire, valoriser la qualification de l’emploi, préserver l’environnement et, à terme, diminuer significativement les coûts de construction. N’est-ce pas ce qu’un grand pays bâtisseur comme le nôtre doit espérer de son industrie immobilière : qu’à l’instar des autres branches de l’industrie, elle réalise la mue qui la fera radicalement basculer dans le xxie siècle ?

Philippe Pelletier

Président du Plan Bâtiment durable

Remerciements

Cet ouvrage est le fruit de plusieurs mois de recherche, de veille et de beaucoup d’efforts sur un sujet émergent et interdisciplinaire.

Notre reconnaissance et nos remerciements vont d’abord à Monsieur Philippe Pelletier, président du Plan Bâtiment durable, pour avoir accepté de préfacer cet ouvrage.

Merci également à Monsieur Alain Waha, dirigeant de Cogital, pour sa disponibilité et sa contribution précieuse sur la partie « Plateformes digitales appliquées à la construction hors-site », qui a permis d’enrichir et d’illustrer les concepts présentés dans le chapitre 3.

Merci à Maître Stephan Lesage-Mathieu, avocat au barreau de Paris, LPA-CGR, pour sa contribution sur la partie juridique du chapitre 4.

Enfin, merci à Madame Emna Attouri, ingénieure de recherche chez Bouygues Construction Grand Est, pour sa contribution sur la démarche DfMA.

Merci aux entreprises ayant accepté de nous fournir des études de cas et des illustrations ; parmi elles : HTA Architects, Cougnaud, Bouygues, BoKlok, BeSteel, Ossabois, Laing O’Rourke, DMD Modular, Mac Avoy…

Cet ouvrage a été rédigé en grande partie durant la pandémie de la COVID-19 (printemps/été 2020), aussi nous n’oublions pas de remercier particulièrement nos familles pour leur patience et leur compréhension.

Abréviations

– ACIM : Association des constructions industrialisées et modulaires.

– ACV : analyse du cycle de vie.

– AIM : Asset Information Model.

– BBC : bâtiment basse consommation.

– BePOS : bâtiment à énergie positive.

– BIM : Building Information Management, Modeling ou Model.

– BLM : Building Lifecycle Management.

– BOM : Bill of Materials.

– CAFM : Computer Aided Facility Management.

– CAPEX : Capital Expenditure.

– CIFE : Centre of Integrated Facility Engineering (à l’université de Stanford – Californie).

– CLT : Cross Laminated Timber.

– CORELIAS : conception – réalisation – livraison – assemblage.

– DCE : dossier des ouvrages exécutés.

– DfMA : Design for Manufacturing and Assembly.

– EnR : énergie renouvelable.

– EPDM : éthylène – propylène – diène monomère.

– HQE : haute qualité environnementale.

– ICF : Insulated Concrete Formwork.

– IoT : Internet of Things.

– IPD : Integrated Project Delivery.

– LGSF : Light Gauge Steel Frame.

– LPS : Last Planner System.

– MES : Manufacturing Execution System.

– MIC : Modular Integrated Construction.

– MMC : Modern Methods of Construction.

– NTIC : nouvelles technologies information et communication.

– OPEX : Operational Expenditure.

– OSB : Oriented Strand Board.

– OSC : Offsite Construction.

– OSM : Offsite Manufacturing.

– OSP : Offsite Production.

– PLM : Product Lifecycle Management.

– PPVC : Prefabricated Prefinished Volumetric Construction.

– RE 2020 : Réglementation environnementale 2020.

– SBA : Smart Buildings Alliance.

– VDC : Virtual Design and Construction (i.e. BIM 4D).

Introduction générale

« Nous devons changer en profondeur notre manière de produire et de consommer […] L’objectif est de passer d’une économie de cow-boy à une économie de cosmonaute. Notre planète, c’est un peu notre vaisseau ! »

Nicolas Hulot, 2016

Nous le savons tous, nous devrions améliorer notre hygiène de vie et faire du sport ; pourtant, nous ne changeons pas véritablement nos habitudes… la construction, qui n’est pas le moindre de nos problèmes, souffre d’un immobilisme similaire ! La construction utilise plus de la moitié des ressources de la planète, et génère le flux de déchets le plus important au monde. Elle est inscrite dans une économie linéaire : on identifie un besoin, puis on conçoit le bâtiment, avec une vision somme toute assez définitive. Les adages suivants sont toujours d’actualité : « Investir dans la pierre. », « Construire en dur. »… Mais faut-il encore penser la construction comme au xixe siècle ? La population mondiale était alors de 1,5 milliard, contre 7,5 milliards aujourd’hui et plus de 10 milliards annoncés en 2050. Demande grandissante, ressources limitées, nous devons apprendre à faire plus avec moins : entrer dans une économie circulaire est une nécessité absolue.

Depuis des millénaires, l’être humain utilisait pour construire son habitat les matériaux trouvés à proximité du lieu de construction, dans une économie parfaitement circulaire, utilisant de la pierre ou du bois. Quand le bâtiment devenait trop vieux, on réemployait les matériaux de manière très vertueuse à une nouvelle construction.

Après la Seconde Guerre mondiale, il a fallu reconstruire beaucoup et rapidement. Le béton s’est imposé dans la plupart des pays occidentaux comme le matériau de construction par excellence. La culture ancestrale de la pierre, du bois et de la terre, est devenue celle du béton, mais l’organisation est restée centrée sur le chantier.

Pendant les Trente Glorieuses, la construction a plutôt bien répondu aux besoins, sans se préoccuper beaucoup de l’environnement de l’architecture et des usages. Mais, depuis vingt ans, les enjeux environnementaux conjugués aux exigences de qualité ont imposé de très fortes contraintes. Au fil du temps, les opérations immobilières et les bâtiments sont devenus complexes, pourtant l’organisation des métiers n’a pas évolué. Elle fonctionne toujours en silo (maître d’ouvrage, maître d’œuvre, BET, entreprises…), comme il y a cinquante ans, lorsque les bâtiments étaient simples.

Les résultats en sont une productivité en baisse. Là où les autres industries ont fait des progrès remarquables, nous proposant des produits, automobiles, mobilier, électroménager, etc. de plus en plus qualitatifs et de plus en plus accessibles financièrement, la construction fait le contraire : la qualité se dégrade et les bâtiments sont de plus en plus coûteux ! Pour le client, public ou privé et surtout pour l’utilisateur final, les constructions ne sont plus à la hauteur des attentes, ni en qualité, ni en délais de réalisation, ni en prix, laissant sur la touche de nombreuses familles qui ne peuvent avoir accès à un logement digne.

Les entreprises de construction dégagent des marges bien insuffisantes pour investir ou faire de la R&D et reposent sur une organisation de chantier très dépendante de la bonne qualité de la main-d’œuvre. Malheureusement nous observons, dans tous les métiers du bâtiment, une raréfaction de la main-d’œuvre qualifiée ; les départs à la retraite ne sont pas compensés par l’arrivée de jeunes travailleurs, peu enclins à se tourner vers ces métiers difficiles ; la crise de 2008 a masqué un peu ce phénomène, mais le petit redémarrage des dernières années montre déjà que les ouvriers qualifiés ne sont plus là et que les difficultés vont s’accélérer.

La crise de la COVID-19 va sans aucun doute encore accélérer le mouvement et les difficultés : comment créer de bonnes conditions sanitaires sur le chantier ? Les ouvriers étrangers vont-ils pouvoir continuer à venir y travailler ?

Pour résumer, les ressources se raréfient, les bâtiments deviennent de plus en plus complexes, la main-d’œuvre qualifiée se raréfie et nos usages ne changent pas ou très peu. Il est logique que notre productivité ne réponde plus aux enjeux du xixe siècle !

Et si la solution venait de la construction hors-site ? En tout cas, hors de nos frontières, tout porte à croire que ce mode constructif est une alternative très efficiente pour relever le défi à venir en matière de construction. Construire hors-site, c’est réaliser en deux temps. En premier lieu, on prépare efficacement les éléments dans un atelier ou une usine : on utilise pour cela une main-d’œuvre qui n’est pas nécessairement une main-d’œuvre bâtiment, plus facile à trouver. Dans un deuxième temps, on livre sur le chantier où l’on assemble les éléments qui seront ensuite parachevés sur place. C’est un changement complet de paradigme : l’industrialisation du processus de production prédomine, le sacro-saint « chantier » devient un « site d’assemblage du bâtiment », les outils numériques prennent toute leur place dans l’optimisation et la rationalisation de la conception à l’exécution. C’est ce que nous allons essayer d’expliquer dans ce livre.

Cet ouvrage ambitionne d’aider les lecteurs s’intéressant à la construction hors-site et de leur fournir la grille de lecture la plus complète possible leur permettant d’appréhender les concepts, la pratique et les impacts de ce mode constructif sur le bâtiment et la ville. Il pourra servir de point d’appui méthodologique aux différents acteurs de la chaîne de construction qui s’intéressent de près ou de loin à la construction hors-site. Il servira également aux acteurs de la formation : enseignants, formateurs et étudiants.

Il est construit en cinq chapitres complémentaires :

– Le premier chapitre se veut introductif. On y explique les défis (énergétiques, environnementaux, sanitaires, économiques…) auxquels le secteur de la construction fait face. On y définit également les concepts de base nécessaires à la compréhension des chapitres suivants.

– Le second chapitre, à visée technique et technologique, décrit les différents modes constructifs hors-site et explicite notre vision du concept du bâtiment hors-site.

– Le troisième chapitre présente quelques concepts, outils et technologies numériques permettant de concevoir, construire et exploiter le bâtiment hors-site.

– Le quatrième chapitre traite des concepts, des méthodologies et des stratégies permettant de mettre sur pied le bâtiment hors-site.

– Enfin, le cinquième chapitre est consacré à la présentation de plusieurs cas réels illustrant la diversité de la construction hors-site. Ces études de cas sont décrites sous diverses facettes, afin de permettre au lecteur d’apprécier l’étendue de ce concept constructif.

La construction hors-site représente une solution pragmatique et pertinente permettant de relever le défi de la productivité et de réussir la transition environnementale et numérique de notre secteur. Notre objectif est de mieux faire comprendre au lecteur cette révolution en cours, notamment en France. Le sujet étant vaste et complexe, la vision présentée ici sera, bien entendu, non exhaustive et ne couvrira pas tous les champs mobilisés par ce sujet pluridisciplinaire.

Chapitre 1

Éléments introductifs

Le bâtiment sera façonné à l’aune des transitions écologique, énergétique et numérique. L’ambition de ce chapitre introductif est d’apporter les connaissances nécessaires pour bien appréhender les chapitres suivants. Nous présenterons ainsi les concepts de base, puis nous donnerons quelques clés de compréhension de la genèse de la construction hors-site comme concept.

1.1 La construction face aux mutations actuelles

1.1.1 Un nécessaire changement de paradigme

L’humanité ne peut ignorer la crise climatique qui la menace. Le secteur de la construction en est complice, par les émissions de dioxyde de carbone (CO₂) dues à l’accroissement de l’urbanisation, de la production de matériaux et de l’utilisation de combustibles fossiles. Si les différents pays, notamment européens, ont exprimé leur engagement commun de prendre des mesures à l’échelle nationale et de lutter contre le changement climatique, ils se concentrent encore principalement sur leurs développements propres.

En 2018, la construction et l’exploitation des bâtiments représentaient 38 % de la consommation d’énergie finale mondiale et plus de 40 % des émissions de CO₂ liées à l’énergie1, à l’exclusion de la consommation d’énergie liée au transport des matériaux de construction vers les sites de construction.

L’exploitation de bâtiments (chauffage, refroidissement, éclairage, etc.) représente 28 % des émissions mondiales de CO₂ et 11 % sont attribués aux émissions de CO₂ incorporé, c’est-à-dire le carbone libéré pendant le processus de construction et la fabrication des matériaux. L’industrie de la construction utilise 4,2 trillions de kilogrammes (kg) de ciment par an : 1 kg de ciment libère plus de 0,5 kg de CO₂ dans l’atmosphère2.

Afin d’atténuer l’impact global de son développement sur l’environnement, le secteur de la construction doit opter pour une solution vertueuse et durable, au sein de laquelle le progrès technologique actuel représente un levier important.

En 2018, lors de la COP24, les dirigeants des nations se sont engagés à ce que les nouveaux bâtiments zéro carbone d’ici 2030. Ce type de bâtiment est efficace sur le plan énergétique et est entièrement alimenté par des sources d’énergies renouvelables. Mais en se concentrant sur le carbone en tant que sous-produit des bâtiments et de la construction, il semble que la préoccupation la plus urgente du secteur soit l’efficacité énergétique. Or, il est important de réduire également les émissions de carbone incorporées dans la construction.

Lors de la Triennale d’architecture d’Oslo 2019, les professionnels du bâtiment ont été invités à explorer une nouvelle façon de penser sous la bannière de la « décroissance », là où l’épanouissement humain et écologique est le plus important. Certains membres de la profession reconsidèrent désormais leur système de valeurs, réfléchissant à ce qui est défini comme bon ou mauvais. Dans le même temps, d’autres acteurs de l’industrie se dressent contre les projets nuisibles.

Outre ces enjeux environnementaux et l’absolue nécessité de construire des bâtiments durables, il apparaît de plus en plus nécessaire d’intégrer la « résilience urbaine », particulièrement à la lumière de la crise sanitaire mondiale actuelle due à la COVID-19. En effet, bien des chocs naturels (tsunami, inondations, tempêtes…), industriels (explosion…) ou d’origine humaine (terrorisme…) nous ont frappés à maintes reprises ces dernières années. La planification « résiliente » et « adaptative »3 engage des concepts qui devraient devenir les piliers des processus de planification, des politiques, des communautés et du mode de vie. Jusqu’à présent, la « résilience » a été traitée comme un outil « réactionnaire » à des stress chroniques ou aigus. Les mesures « réactives » permettent de faire face à des situations d’urgence qui ont une couverture géographique ou communautaire limitée. De ce fait, la nature accablante de la récente pandémie ne peut être traitée par des mesures réactionnaires. Elle nous devancera dès lors que nous y répondrons par des mesures intermittentes. De plus, les conséquences de ses dommages sociaux et économiques sont impensables. L’urbanisation, le changement climatique et le manque de services et d’infrastructures de base peuvent aggraver la situation. Plus que jamais, il est urgent que nous nous orientions vers une planification « proactive » et « anticipée » pour nos villes et nos infrastructures (services de base, transport, santé, etc.). Les stratégies et les mesures de planification de la résilience doivent être prises aux niveaux mondial, régional, local et individuel et doivent répondre aux besoins.

Il est temps pour nous de réfléchir à certains concepts-clés qui peuvent nous permettre de mieux nous préparer à de telles situations, aussi voici quelques suggestions initiales que nous devrions prendre en considération.

Les modes constructifs actuels, qui n’ont guère évolué depuis des années, doivent s’adapter aux préoccupations du monde actuel : construite vite et bien. À ce titre, la construction industrialisée et en particulier hors-site semble une réponse pertinente pour mettre sur pied des bâtiments durables, résilients et frugaux.

À titre d’illustration, durant la crise du COVID-19, le monde de la construction a suivi de près et souvent avec beaucoup d’admiration la construction de l’hôpital de Wuhan (1 000 lits), réalisée en une dizaine de jours seulement pour faire face à l’expansion incontrôlée de la pandémie. Cet exploit n’aurait pas été possible sans une industrialisation forte de l’acte de construire. Cet exemple n’est pas isolé : la Russie a réalisé seize hôpitaux hors-site et, dans nos frontières, le groupe Cougnaud a livré plusieurs modules de consultations et s’est dit prêt à réaliser un hôpital en deux semaines.

Ce mode industrialisé de construction suppose néanmoins de surmonter plusieurs difficultés techniques, culturelles, de formation… C’est ce que nous allons essayer d’expliquer dans cet ouvrage. Mais, au préalable, nous allons nous attarder sur quelques concepts généraux qui nous permettront de mieux saisir la portée des chapitres suivants.

1.1.2 L’économie circulaire dans la construction

Le concept d’économie circulaire est très important et embrasse plusieurs disciplines. Nous nous contenterons ici d’en aborder quelques notions en lien avec l’objet de l’ouvrage. Commençons par définir ce concept, avant de voir son lien avec la construction (Figure 1.1).

L’économie sur laquelle se base une grande partie de nos entreprises est linéaire : (1) on prend des ressources, (2) on fait un produit, et (3) on le dépose. Pour nos sociétés, ce modèle n’est pas durable parce que, d’un côté, les ressources ne sont pas infinies et, de l’autre, elles ne se régénèrent pas suffisamment vite pour alimenter nos besoins en matière de qualité de vie. Ce problème a émergé au début du xixe siècle, au commencement de la révolution industrielle, et ne cesse de s’accroître depuis. En effet, c’est cette période qui a par exemple conduit, via l’extraction de ressources, les usines ou les transports à utiliser les énergies fossiles comme élément de base de fonctionnement. Nous savons qu’une « extraction » implique la création de plaies environnementales. Dans ce cas, l’exploitation des ressources naturelles avait de plus été enclenchée, pour la première fois, à très grande échelle et dans une logique industrielle… ceci jusqu’à nos jours. La nature ne parvient hélas pas à accompagner ce rythme.

Si l’on veut maintenir, voire améliorer, notre qualité de vie, il n’est pas suffisant de chercher l’efficacité en réduisant les ressources naturelles utilisées par unité économique produite. Il est indispensable d’adopter un nouveau paradigme, basé sur la notion de réutilisation des produits et des matériaux. Ce paradigme, c’est l’économie circulaire. Elle s’appuie sur trois principes :

– Préservation du capital naturel.

– Optimisation de l’utilisation des ressources.

– Favorisation de l’efficacité des systèmes.

L’adoption de l’économie circulaire permet notamment d’anticiper les reconversions de bâtiments, afin de minimiser la production de déchets, l’utilisation de ressources et les coûts futurs. C’est ce que nous allons détailler ici.

Le secteur de la construction produit à lui seul, à l’échelle mondiale, plus de 250 millions de tonnes de déchets par an. Cela représente 70 % de la production de déchets en France. En construction traditionnelle, les flux de déchets peuvent représenter jusqu’à 20 % des tonnages de matières premières, 10 % étant une moyenne raisonnable pour tous les types de bâtiments. En termes financiers, cela peut représenter de 3 à 5 % du coût de construction, un chiffre significatif4.

En comparaison, les processus de fabrication en usine sont beaucoup moins gaspilleurs, des chiffres allant de 1 à 3 % étant considérés comme la norme. Ces faibles chiffres peuvent être atteints pour deux raisons :

– La conception pour la fabrication garantit que les processus de commande et de découpe des matériaux sur mesure dans l’usine sont beaucoup plus contrôlés. La réduction du gaspillage est donc inhérente à l’approche de la fabrication.

– La collecte, le tri et le recyclage des déchets sont plus faciles à organiser dans un environnement de production en usine. Il peut en résulter une réduction considérable des volumes de déchets à éliminer et, s’ils sont correctement organisés, ils peuvent même constituer une source utile de revenus secondaires pour le fabricant. Des travaux récents de Yorkon suggèrent que 85 % des volumes de déchets peuvent être détournés des décharges et que le coût de l’élimination peut être transformé en profit.

Figure 1.1 – Un modèle simplifié d’économie circulaire pour les matériaux et l’énergie (source : EEA, 2016 ; dessin : Rachid Maraï)

Des études récentes5 ont examiné les registres des déchets générés par les projets de construction hors-site et conventionnels. Le processus de collecte des données a consisté en une enquête par questionnaire, des entretiens avec des professionnels du secteur et une analyse détaillée d’études de cas portant sur plus de quatorze projets de construction hors-site et conventionnels.

Les résultats suggèrent que l’utilisation de procédés hors-site a permis de réduire les déchets provenant des coffrages en bois et des travaux de béton de 74-87 % et de 51-60 %, respectivement. Les auteurs ont conclu que les déchets nets pouvaient être réduits par l’adoption de techniques hors-site, en moyenne par un facteur d’environ deux. L’application de ce facteur au coût global de la construction suggère qu’une économie directe de l’ordre de 2,5 % du prix conventionnel de l’appel d’offres pourrait être réalisée.

La réduction des déchets en fin de vie du bâtiment doit également être prise en compte. Il est possible de déconstruire certains bâtiments et de les réutiliser ailleurs. Cela s’applique en particulier aux bâtiments construits à partir de sous-ensembles de grande taille (par exemple les bâtiments volumétriques), et il existe un certain nombre d’exemples où des bâtiments ont été déconstruits, déplacés et réutilisés ailleurs. Les exemples les plus courants concernent probablement les immeubles de location, qui peuvent avoir plus de dix vies sur différents sites et dans diverses configurations. Un exemple plus frappant est celui des grands camps pétroliers de Toft et Sollum Voe, dans les Shetlands, qui y ont eu une première vie de six ans. Ils y sont entrés par barge et en sont ressortis de la même manière, pour retrouver une seconde vie dans une université africaine.

La construction hors-site, associée à la notion de DfMA que nous développerons par la suite, favorise donc largement le réemploi des matériaux et des structures, par essence démontables, transportables et réadaptables. Elle est par conséquent parfaitement en adéquation avec le concept de l’économie circulaire.

1.1.3 Mutation du secteur de la construction

■ Enjeux de la mutation

Plusieurs études récentes s’intéressent aux enjeux du bâtiment du futur. Nous nous reposons sur trois études convergentes : deux du cabinet McKinsey Global Institute datant de 2016 et 2017, et une dernière du World Economic Forum réalisée en 2016. Elles mettent en exergue plusieurs points suggérant que le BTP doit intégrer les enjeux de l’industrie du futur, issus des mutations numérique et énergétique pour pouvoir être concurrentiel.

Enjeux économiques

L’industrie de la construction représente à elle seule environ 6 % du PIB mondial avec un chiffre d’affaires (CA) de plus de 10 000 milliards de dollars (dont environ 38 % de résidentiel et 18 % de tertiaire). L’industrie devrait connaître une forte croissance dans les années à venir, avec un CA de plus de 15 000 milliards d’ici 2025, ce qui fait d’elle l’une des industries les plus importantes au monde. Elle emploie aujourd’hui plus de 100 millions de personnes. La construction est un secteur transverse, aussi est-elle en interaction considérable avec de nombreux autres secteurs, qui ont tous besoin d’ouvrages construits pour fonctionner.

En France, elle représente environ 140 milliards de chiffre d’affaires, à savoir la moitié de celui de l’industrie globale, qui atteignait 285 milliards d’euros. Les Figures 1.2 et 1.3 donnent quelques éléments et chiffres clés du secteur de la construction en France6.

Figures 1.2 – Outils de production de la construction en France (source : FFB)

Figure 1.3 – La construction sur le marché français (source : FFB)

Enjeux sociétaux et environnementaux

La construction est l’une des premières industries que l’humanité a développée. Elle continue à façonner de manière singulière nos vies. Notre cadre et notre qualité de vie dépendent de la bonne santé (économique) de cette industrie. Nous passons plus de 80 % de notre temps à l’intérieur des bâtiments. Ainsi, la qualité des bâtiments (matériaux employés, environnement intérieur…) a un impact majeur sur notre santé et notre bien-être. Le bâtiment doit s’adapter à l’usage, et à ce titre être capable de s’adapter aux différentes étapes de la vie, aux handicaps… Des écoquartiers multigénérationnels et des habitats solidaires émergent.

Comme expliqué précédemment, le secteur de la construction est le plus grand marché mondial en consommation de ressources et de matières premières. Il consomme environ 50 % de la production mondiale d’acier et, chaque année, 3 milliards de tonnes de matières premières sont utilisées pour la fabrication de produits de construction dans le monde. Ce secteur génère également beaucoup de déchets : pertes importantes de minéraux précieux, de métaux et de matériaux organiques. L’opportunité de renforcer le tri, le réemploi et la valorisation de ces déchets ne doit pas être négligée. Concernant les consommations énergétiques, les bâtiments sont responsables de 25 à 40 % de la consommation mondiale, contribuant ainsi énormément au dégagement de dioxyde de carbone.

L’enjeu principal réside dans l’amélioration de la qualité de la construction et des matériaux utilisés, en contribuant à un environnement intérieur plus sain, ainsi qu’en augmentant sa durabilité et en réduisant son coût. La crise de la COVID-19 a mis en exergue l’importance de construire des bâtiments résilients et sains avec un air intérieur sain et renouvelé, exempt d’agents infectieux. Il est essentiel de nous protéger, notamment les personnes vulnérables et sensibles (asthmatiques, personnes atteintes d’insuffisance respiratoire…).

Enjeux liés à la transformation numérique

Le domaine de la construction est un des secteurs industriels les moins numérisés et les moins matures au regard des avancées technologiques (voir Figure 1.4). De plus, le processus de construction repose sur une chaîne d’intervenants particulièrement éparpillés (maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre, entreprises générales, sous-traitants…).

À l’instar des autres industries, la construction est fortement impactée par la transition numérique. S’il y a bien un domaine où la révolution numérique a eu de forts impacts, c’est celui de la performance énergétique des bâtiments. Pour réaliser des bâtiments passifs, voire BePOS (bâtiment à énergie positive), le numérique intervient de la conception du bâtiment à la gestion des consommations via la domotique, l’ambiance « intelligente » à l’intérieur du bâtiment ainsi que sur son enveloppe. Tous les acteurs du secteur doivent s’adapter aux nouvelles technologies et moyens utilisés. Cela nécessite une montée en compétences dans divers domaines : communication, réglementations, nouveaux matériaux, nouvelles technologies, etc. Dans le projet de construction, les évolutions des outils numériques entraînent nécessairement un besoin de communication (numérique) entre les différentes parties prenantes : l’avènement du BIM a par exemple beaucoup contribué à une meilleure efficience et une meilleure agilité, dans une logique collaborative.

La technologie évolue, les métiers changent et les entreprises innovent. La formation professionnelle suit cette dynamique et se doit de la devancer. Elle doit devenir, face à ce nouveau challenge, le fer de lance de la transition numérique. Les compétences aujourd’hui nécessaires pour l’exercice de tel ou tel métier évoluent parfois fortement. L’évolution des savoirs se fait en parallèle avec les évolutions économiques, technologiques, sociétales, environnementales et réglementaires.

■ Enjeux (défis) internes au secteur

Dans la plupart des pays, la productivité dans le secteur de la construction est plus faible comparativement aux autres secteurs de l’industrie. Certaines nouvelles technologies et outils ont émergé dans le secteur, mais le taux d’innovation et d’adoption de l’innovation a évolué lentement. Quelles sont les raisons d’un tel bilan ? Les causes sont multiples et variées.

Manque d’innovation et adoption différée

Le domaine de la construction est un des secteurs industriels les moins numérisés et les moins matures au regard des avancées technologiques (Figure 1.4).

Figure 1.4 – Retard de la pénétration des nouvelles technologies et du digital dans le monde de la construction (source : Farmer M.)

Les entreprises de BTP sont conscientes de l’importance des nouvelles technologies et de l’innovation. La plupart des chefs d’entreprise les intègrent déjà dans leurs stratégies. Néanmoins, une bonne partie des entreprises peinent à les mettre en œuvre.

Dans les faits, les entreprises de BTP sont plutôt attentistes en ce qui concerne l’adoption des nouvelles technologies et l’innovation de manière générale : elles préfèrent « suivre » plutôt qu’être leader, voir comment cela se déroule en amont, puis agir. Dans le cas particulier de la gestion de projet, les outils efficients (e.g. agile, Lean) ne sont employés que dans les grands projets. Pour les autres, les entreprises ont encore recours à des moyens manuels et « artisanaux ».

Cette réticence (voire cette peur) face à l’innovation peut être due au métier du bâtiment lui-même : faible marge, visibilité réduite… alors que l’innovation nécessite des investissements et une vision à long terme. Il faut rappeler que les dépenses de R&D dans la construction sont bien inférieures à celles des autres industries : elles représentent moins de 1 % des revenus, contre 3,5 à 4,5 % pour les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale. Il en est de même pour les dépenses en technologies de l’information.

Traditionnellement, le secteur a eu tendance à se concentrer sur les améliorations progressives. Mais cela ne suffira plus : les projets sont de plus en plus grands et complexes. Le BTP doit innover pour pouvoir intégrer les mutations énergétiques et numériques. Sans ce changement, les entreprises de BTP risquent de périr.

Manque d’attractivité et de compétences

L’industrie de la construction n’a pas une image d’employeur attractive : salaires relativement pauvres, ressources inadéquates, peu de mixité et peu de sécurité de l’emploi (en raison de la nature cyclique de l’entreprise). En conséquence, les entreprises de construction ont souvent du mal à attirer des recrues talentueuses dans leurs effectifs. Elles s’engagent moins souvent et moins efficacement dans des initiatives de développement des compétences de leurs collaborateurs.

Processus informels et manque de rigueur et de cohérence en cours d’exécution

Les processus généralement adoptés par les entreprises de construction manquent régulièrement de maturité. Ces dernières semblent souvent mettre davantage l’accent sur la définition de l’ouvrage final plutôt que sur la planification réelle du processus de construction et la manière d’y parvenir.

Transfert de connaissances insuffisant d’un projet à l’autre

Le secteur manque cruellement de capitalisation des leçons tirées des projets déjà réalisés au profit des projets futurs. Peu d’entreprises mettent en place de tels processus. L’expérience passée est souvent perdue et les projets continuent de s’appuyer fortement sur l’expertise individuelle du chef de projet.

Suivi faible du projet

Un problème connexe est le faible suivi des projets. Dans de nombreuses autres industries, manufacturières par exemple, les opérations sont suivies en continu et d’importantes quantités de données sont collectées. Ce faisant, en cas de dysfonctionnement, un constructeur automobile peut par exemple rapidement en identifier les causes profondes et mettre en œuvre des solutions immédiatement et efficacement. Peu d’entreprises de construction sont sensibles à ce point.

Peu de coopération interfonctionnelle

Le processus de construction est généralement séquentiel : la contribution des parties prenantes du projet est réalisée à différents stades du projet. Initier le travail collaboratif dès les premières phases n’est pas dans la culture du secteur. Les nouvelles méthodes, telles que le BIM, devraient favoriser ce type de travail.

Peu de collaboration avec les fournisseurs

La stratégie d’achat implique des efforts long-termistes. Dans le domaine de la construction, les relations avec les fournisseurs sont souvent négligées et la négociation se fait par projet. Ce constat est d’autant plus accentué (et grave) dans les petites entreprises.

Culture d’entreprise conservatrice

L’industrie du BTP opère dans un environnement quelque peu traditionnel qui maintient généralement une culture d’entreprise conservatrice. La perception répandue est, à juste titre, que les entreprises de construction ne sont pas suffisamment avant-gardistes.

■ Potentiels du secteur

Malgré les handicaps et freins impactant le secteur de la construction énumérés plus haut, ce dernier détient intrinsèquement un potentiel qui peut lui permettre de rebondir. Compte tenu des enjeux sociétaux et environnementaux de l’industrie de la construction et de son importance économique, même de petites améliorations dans la performance auront un effet important dans les trois domaines suivants :

– Sur le plan sociétal. Une simple réduction de 1 % des coûts de construction permettrait une économie d’environ 100 milliards de dollars par an – une somme égale au coût global total des médicaments anticancéreux. En réalité, les ambitions vont bien au-delà. Dans certains pays comme le Royaume-Uni, la vision formulée pour 2025 est une réduction de 33 % dans le coût initial de la construction et du cycle de vie des biens construits.

– Sur le plan économique. Le déficit mondial en capacité d’infrastructure devrait atteindre 15 000 à 20 000 milliards de dollars d’ici 2030. Combler cet écart pourrait créer jusqu’à 100 millions d’emplois supplémentaires et générer 6 000 milliards de dollars par an d’activité économique sur le long terme. Cette relance pourrait provenir à 30 % des améliorations éventuelles de la gestion des projets de construction.

– Sur le plan environnemental. Des bâtiments vertueux sur le plan écologique pourraient, dans de nombreux pays, réduire les taux d’émission de CO₂ et réaliser des économies d’énergie de 30 %. L’objectif fixé par certains pays est plus ambitieux : le Royaume-Uni a fixé d’ici 2025 un objectif de 50 % et la France vise les 40 % !

Une étude récente du cabinet McKinsey réalisée auprès d’entreprises à travers le monde montre que le renouvellement des générations bat son plein dans le monde du BTP. Désormais, la génération Y (les millenials) est presque aussi nombreuse dans les entreprises que les personnes de la génération précédente et que les baby-boomers, lesquels ne représentent plus qu’à peine un quart des effectifs. C’est une chance pour le BTP, mais ce domaine doit évoluer et s’adapter à ces nouvelles générations nées avec le digital, sensibles aux nouvelles technologies et à l’innovation.

1.2 De la construction traditionnelle à la construction industrialisée

Le bâtiment est devenu tellement complexe que l’organisation et les techniques de production du passé ne fonctionnent plus. Nous devons rechercher de nouvelles méthodes, plus efficientes. Dans de nombreux pays, on remarque que la construction hors-site est identifiée et mise en avant pour sa plus grande capacité à répondre aux nouveaux enjeux de la construction. Nous allons en expliquer brièvement les raisons ci-après.

1.2.1 Une formidable passerelle entre l’industrie et la construction

Le monde de l’industrie n’a cessé de nous étonner par sa capacité à nous proposer des produits de plus en plus qualitatifs et de moins en moins chers. Les industriels ont appris au fil des années à améliorer de manière considérable leur productivité. L’aventure commence aux États-Unis, au début de l’industrialisation de l’automobile, lorsqu’Henry Ford souhaite donner à tous les Américains la possibilité de se loger dignement. En leur vendant une automobile bon marché, il leur permet d’accéder à un logement digne situé à l’extérieur de la ville en zone résidentielle. Il invente pour cela la « Ford T », considérée comme la première voiture accessible au plus grand nombre, celle qui « mit l’Amérique sur des roues ». La première Ford T de série sort de l’usine Ford de Détroit le 27 septembre 1908 à un prix de 850 dollars, 30 ans et 16,6 millions d’exemplaires plus tard, à l’arrêt de la production en 1927, le prix est descendu à 350 dollars.

La réussite de la Ford T tient à la production à la chaîne et à son « ultra standardisation ». Vous connaissez sans doute la célèbre phrase d’Henri Ford : « Vous pouvez avoir la Ford T de n’importe quelle couleur, pourvu qu’elle soit noire ! » En effet, la couleur noire est celle qui coûte le moins cher et sèche le plus vite. On peut définir le « fordisme » de la manière suivante : organisation scientifique du travail à la chaîne, ultra standardisation et augmentation régulière des salaires au rythme des gains de productivité.

La seconde partie de l’histoire s’écrit à la fin de la Seconde Guerre mondiale au Japon, chez Toyota. Après leur défaite face aux Américains, les Japonais doivent relancer leur économie. Toyota imagine une vision stratégique pour faire redémarrer l’économie japonaise et rattraper les Américains sur le plan de la production : le TPS ou Toyota Production System. À l’origine de ce système de gestion de la production, le fondateur de Toyota, Sakichi Toyoda, qui s’est inspiré des travaux de William Edwards Deming, ainsi que des écrits d’Henry Ford.

Taiichi Ōno, à l’origine du toyotisme7, met au point un système de gestion simple mais efficace, en quatre points :

– Réduction les gaspillages.

– Maintien de la qualité du produit tout au long de la chaîne de production.

– Production à flux tendu (aussi appelée production « juste à temps », ou « méthode kanban »).

– Prise en compte des remontées terrain (avis des opérateurs…).

– Amélioration continue.

Un tel système d’organisation permet un décloisonnement des fonctions et des responsabilités et assure l’implication des acteurs de la chaîne de production.

On sort de la production de masse pour aller vers plus de personnalisation, afin de satisfaire le client. On s’oriente ainsi vers le Mass customization.

La troisième partie de notre histoire s’écrit en Europe dans les années 1980. À cette époque, nous possédons en Europe des marques célèbres de motos, qu’elles soient anglaises (Triomphe, BSA, Norton) ou italiennes (Moto Guzzi, Laverda, Ducati, etc.). En moins de dix ans, l’industrie de la moto est mise à mal par les produits japonais : Yamaha, Honda, Kawasaki et autres Suzuki s’emparent du marché. Ce phénomène est également observable dans le domaine de l’automobile : Honda, Toyota et Mazda pénètrent fortement le marché américain. Les industriels européens de l’automobile réalisent que s’ils ne réagissent pas rapidement, leur avenir est sérieusement compromis. Le constat est implacable : les produits japonais sont de meilleure qualité, plus fiables (les premières voitures japonaises arrivent sur le marché avec une garantie de 100 000 km) et surtout moins chers que leurs concurrents européens. Ils partent donc à la recherche des recettes miracles nippones et expédient de nombreux ingénieurs en visite au Japon. Ceux-ci reviennent avec les méthodes du Lean qu’ils implantent avec succès dans leurs usines. L’industrie automobile européenne grimpe ainsi au plus haut niveau de productivité.

1.2.2 Vers les nouveaux modèles du bâtiment

■ La construction et l’industrialisation

Produire des bâtiments en utilisant les méthodes de l’industrie n’est pas une idée nouvelle et de nombreuses expériences plus ou moins réussies ont été menées. On s’intéresse généralement à la préfabrication dans les périodes nécessitant des constructions nombreuses (après-guerre ou à la suite d’une catastrophe naturelle), preuve que la grande efficacité de l’industrialisation est reconnue (Figure 1.5).

On constate malheureusement que l’emploi de l’industrialisation de la construction se fait par vagues éphémères, le monde de l’immobilier retournant à ses vieilles habitudes et les usines fermant faute de marchés. Une question se pose aujourd’hui : sommes-nous au début d’une nouvelle vague ou bien au véritable début de l’industrialisation de la construction ? Bien sûr, notre conviction est que nous arrivons au point où les méthodes de construction classiques ne réussiront pas à faire face aux immenses enjeux de notre société développés précédemment.

Figure 1.5 – Comparaison entre la productivité du secteur de l’industrie et celle de la construction (source : McKinsey Global Institute, 2017)

Il a été dit que si l’on produisait un iPhone avec les méthodes du bâtiment, son prix serait de 170 000 € ! Vrai ou faux ? Difficile à dire, mais ce n’est sans doute pas loin de la vérité… Le secteur de la construction doit repenser ses méthodes constructives en les industrialisant. Pour ce faire, les NTIC représentent un allié indispensable.

■ Et si nous réhabilitions la notion de « standard » ?

L’industrialisation passe par la notion de standardisation. C’est en effet par la recherche de processus et de composants standardisés qu’il est possible d’utiliser l’amélioration continue. Ceux qui l’ont compris ont fait dans les trente dernières années des progrès considérables. Les exemples sont nombreux et nous pouvons tous, en tant que consommateurs, le constater. Les produits qui nous entourent, nos vêtements, nos chaussures, nos téléphones, nos machines à laver ou nos voitures, n’ont plus grand-chose à voir avec ceux des années 1980. Les plus âgés se souviendront de leurs voitures capricieuses, pas toujours faciles à faire démarrer : pas question de la prêter à un ami sans lui expliquer les petites astuces trouvées au fil du temps. D’autres se souviendront du prix excessif des ordinateurs ou des télévisions. Aujourd’hui, les objets qui nous entourent sont d’une très grande qualité, ils sont beaux, fiables et accessibles financièrement. La recette miracle est le résultat de la standardisation et de l’amélioration continue.

Notes

1. www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr

2. www.ecologique-solidaire.gouv.fr.

3. Thomas I. et Da Cunha A., 2017.

4. Krug D. et Milles J., 2013.

5. Jaillon L., Poon C. S. et Chiang Y. H., 2009.

6. www.ffbatiment.fr.

7. Organisation du travail et de la production chez Toyota. Cet ensemble de méthodes constitue une amélioration du taylorisme et du fordisme considérés comme insuffisants pour assurer une adaptation rapide des entreprises aux marchés