Le secret du rythme effréné de construction des giga-usines

Les giga-usines poussent actuellement comme des champignons. La liste des sites européens n’en finit plus de s’allonger au fil des années. Mais c’est en Allemagne que la construction d’usines de batteries est de plus en plus rapide, où les sites de production fleurissent en quelques mois seulement. Quel est le secret d’un tel rythme ?

Giga-usine : à l’origine, il s’agit d’un mot inventé par le fondateur de Tesla, Elon Musk. Ce terme est dérivé du mot « giga », l’unité de mesure des milliards. Il désigne les usines de production de batteries pour voitures électriques, comme la giga-usine de Tesla prévue en Allemagne. En effet, si on veut faire baisser le coût des véhicules électriques, le moyen le plus rapide d’y parvenir est de faire baisser le coût de production des batteries. « Les dépenses en développement de batteries et de leurs cellules se comptent en milliards. C’est pourquoi les fabricants se tournent vers la prise en charge de la plus grande part de la production », explique Stefan Reindl, directeur de l’Institut de l’économie automobile au Spiegel Online. Par conséquent, les fabricants doivent produire les unités de stockage d’électricité nécessaires aux voitures électriques non pas en kilowattheures ou mégawattheures, mais en gigawattheures. Une tâche titanesque.

Afin de répondre à la future demande en véhicules électriques, les giga-usines poussent actuellement comme des champignons dans le monde. L’Öko-Institut allemand estime que d’ici 2050, il faudra 220 giga-usines pour répondre aux besoins mondiaux. Ainsi, force est de constater que l’Allemagne fait partie des sites privilégiés pour la construction d’usines de batteries, tant par les constructeurs automobiles locaux que par les acteurs internationaux. Volkswagen construit une usine de batteries lithium-ion à Salzgitter avec Northvolt, l’entreprise chinoise de haute technologie Svolt a choisi la Sarre comme lieu de production pour son usine de cellules, et Tesla construit également sa giga-usine à Berlin aux côtés d’autres fabricants de batteries.

L’Allemagne, forte de son expertise automobile, est en tête de la production de batteries

Les coûts de transport et de stockage des batteries étant extrêmement élevés, les experts recherchent toujours des sites de production de batteries situés à proximité d’usines automobiles. Or l’Allemagne est le pays de l’automobile par excellence. À cela s’ajoute l’expertise des ingénieurs, que les fabricants de batteries trouvent en grand nombre en Allemagne et qui peuvent leur être bien utile pour construire puis exploiter les usines en question. Enfin, on trouve le secteur des cellules, attiré comme un aimant par les subventions du gouvernement. Toutes ces conditions sont autant de bonnes raisons pour les fabricants d’investir dans le centre de l’Europe.

Désormais, le terme « giga-usine » recouvre plusieurs réalités : non seulement les usines de batteries d’Elon Musk, mais aussi les usines de cellules d’autres fabricants et même les usines de production de véhicules électriques. Le terme désigne donc une industrie entière actuellement « sous tension ».

La vitesse à laquelle les usines sont construites ne laisse pas indifférent. Alors que la construction d’autres bâtiments prend des années, celle des giga-usines ne prend que quelques mois. Le pionnier en la matière est Elon Musk, patron de Tesla, qui donne le rythme de l’industrie automobile et entraîne également le secteur de la construction dans son sillage. Selon les souhaits d’Elon Musk, la « Gigafactory 4 » de Berlin sera l’usine construite le plus rapidement au monde. La construction a commencé en juillet 2020, et la livraison est prévue pour cet été.

Giga Berlin progress pic.twitter.com/ekpG5qcbUi

— Elon Musk (@elonmusk) February 1, 2021

Une usine Tesla dans le Brandebourg possible grâce à des entreprises de construction allemandes

De nombreuses entreprises allemandes participent à la construction de l’usine Tesla. Parmi elles, la société de construction et d’immobilier GOLDBECK de Bielefeld. Elle construit des parkings à étages, des plateformes de logistique et de production ainsi que des immeubles de bureaux pour des entreprises du DAX telles que BMW, Siemens et Vonovia, et pour des entreprises moyennes telles que Haribo et Schüco. Sans compter des écoles et programmes résidentiels. Son dernier projet : la Gigafactory 4 de Tesla à Grünheide, dans le Land allemand du Brandebourg. Jörg Strohmeier, directeur général de GOLDBECK International, a personnellement mené les négociations avec Elon Musk et son équipe. Le fait que Jörg Strohmeier ait également grandi en Afrique du Sud, non loin de là où est né Elon Musk, a peut-être rapproché les deux hommes.

« En 2019, dès qu’il a annoncé officiellement vouloir construire une usine automobile en Allemagne, Elon Musk a imposé son rythme : la Gigafactory 4 devrait être construite plus rapidement que la Gigafactory 3 de Tesla à Shanghai », se rappelle Jörg Strohmeier. Cependant, il n’y avait en Europe ni la main-d’œuvre nécessaire pour un tel chantier, ni l’argent pour la rémunérer. La solution européenne : la planification et la préfabrication numériques. Justement, ce sont les domaines de prédilection de GOLDBECK. « Ce n’est qu’avec des composants standardisés et une production en série évolutive que nous pouvons réaliser un site de production de cette taille en si peu de temps », explique Jörg Strohmeier.

GOLDBECK préfabrique en série des éléments de construction essentiels, tels que les poteaux, les toitures et les murs, dans dix de ses propres usines. Ils sont ensuite assemblés sur place en un temps relativement court. Crédit : GOLDBECK.

Les poutres en treillis produites à Bielefeld et Treuen ont également servi à construire la giga-usine Tesla. Crédit : GOLDBECK.

L’entreprise compte sept usines d’éléments préfabriqués en béton : une à Hamm, une à Ulm, deux en République tchèque et trois autres en Pologne. Au total, elles traitent plus de 400 000 mètres cubes de béton par an. Crédit : GOLDBECK.

GOLDBECK emploie actuellement plus de 7 800 personnes dans toute l’Europe, dont plus de 1 600 sont des utilisateurs actifs de BIM 360. Crédit : GOLDBECK.

GOLDBECK voit le bâtiment comme un produit, à l’instar de l’industrie automobile, qui parvient à terminer un véhicule dans les délais prévus, sans retard inattendu comme sur un chantier de construction. C’est pourquoi GOLDBECK produit à l’avance les éléments essentiels de la construction qu’il ne reste plus qu’à assembler sur site. « Tout ce qui sera invisible une fois la construction achevée, nous voulons le systématiser. Les éléments visibles, eux, seront personnalisés », explique Jörg Strohmeier. À Berlin, il ne s’agit pas d’une construction Built-To-Suit [usine sur mesure], mais d’une usine multifonctionnelle. C’est aussi ce qui rend sa mise en œuvre si rapide. « Un jour peut-être fabriquera-t-on des fusées à Grünheide au lieu de véhicules électriques », plaisante Jörg Strohmeier. Du moins, la conception du bâtiment n’empêcherait pas cette éventualité.

Outre le taux de préfabrication élevé et la méthode de construction rapide et systématisée, GOLDBECK s’appuie sur une planification automatisée et numérique. Pour cela, l’entreprise communique via la maquette BIM dans le cloud à l’aide d’Autodesk BIM 360. « Sans les outils numériques, organiser les plans et le chantier outre-Atlantique à ce rythme, avec le décalage horaire, serait presque impensable », souligne Jörg Strohmeier. Lorsque la pandémie s’est déclarée l’an dernier, 30 ingénieurs de Tesla ont dû quitter l’Allemagne du jour au lendemain et travailler depuis les États-Unis, comme le rapporte notamment Automobilwoche. « Avec les technologies numériques, nous gagnons 30 % de temps », ajoute Jörg Strohmeier.

Travailler dans le cloud permet une construction rapide, efficace et économique

De nombreux acteurs sont impliqués dans l’exécution de projets à grande échelle, tels que la construction de giga-usines, à l’instar du géant allemand Max Bögl. « De fortes interdépendances se créent lors de la planification et de la coordination de projets, de sorte que l’échange d’informations entre les personnes associées au projet doit rester intense tout au long de la chaîne de valeur », précise Johann Braun, directeur de la construction chez Max Bögl.

Il estime que les employés passent deux tiers de leur temps de travail à récupérer des informations. Du temps est perdu au niveau de la collecte et de la gestion de l’information, qui pourrait être investi dans des travaux d’amélioration de la qualité. « Pour réduire ces inefficacités, nous utilisons la maquette numérique BIM comme principale source d’information. Dès la phase de planification, nous créons un jumeau numérique de notre projet de construction, que nous enrichissons de toutes les données du projet », poursuit-il.

En centralisant les données du bâtiment dans la maquette numérique, toutes les personnes impliquées dans le projet peuvent connaître à tout moment son état d’avancement, quel que soit leur continent ou fuseau horaire. « En outre, les données sont également utilisées pour commander des machines sur nos sites de production, comme un système de soudage de treillis ou une cintreuse à armatures », ajoute Johann Braun. Le travail basé sur le cloud ainsi que l’approche industrielle de Max Bögl en matière de construction permettent au groupe de construire de façon rapide et efficace, mais aussi économique.

La même stratégie numérique est suivie par le cabinet d’architectes Kohlbecker Gesamtplan, sous-traitant du chantier de la Gigafactory 4 à Grünheide. « Tesla a une compréhension claire et avancée de l’industrie 4.0. Ainsi, pour lui rendre justice, la construction de l’usine doit déjà être en réseau et numérique : “à la pointe de la technologie” », commente Andreas Tomaschewski, directeur numérique chez Kohlbecker.

Kohlbecker travaille également sur le cloud avec la technologie Autodesk BIM 360. Avec « cette communication ciblée et rapide », comme la décrit Tomaschewski, c’est surtout la collaboration entre tous les participants au projet qui change. « La relation donneur d’ordre-exécutant n’existe plus en tant que telle. Comme tout le monde travaille sur la même maquette, le travail d’équipe s’intensifie à un même niveau », explique Benedikt Gondolf, directeur de filiale de l’agence d’architecture Kohlbecker.

Kohlbecker a déjà de l’expérience dans la construction d’usines de montage de batterie ainsi que d’usines à processus unique. En Allemagne, par exemple, Kohlbecker a participé aux plans des deux usines de cellules de Mercedes-Benz à Kamenz, ainsi qu’à celui de l’usine BASF à Schwarzheide, où sont fabriqués les matériaux cathodiques pour la production de batteries. GOLDBECK est également expert en matière d’usines de cellules pour batteries et prestataire pour le groupe chinois CATL à Erfurt et pour Volkswagen pour l’usine e-Bulli de Hanovre.

En tant qu’expert en construction modulaire, Johann Braun de Max Bögl sait que la construction d’une giga-usine est une tâche titanesque : « Le nombre de pièces préfabriquées en béton nécessaires est très supérieur à celui d’une “usine normale”. Une usine standard comporte par exemple des poteaux préfabriqués en béton d’environ dix tonnes chacun. Dans le cas d’une giga-usine, ce poids peut aller jusqu’à 70 tonnes », explique Johann Braun. Il n’est donc pas étonnant que les entreprises de construction reçoivent des demandes des responsables conception des principaux constructeurs automobiles allemands : « Comment peut-on construire une giga-usine en quelques mois seulement ? » La réponse tient en trois mots : planification numérique et préfabrication.