La préoccupation de la préfabrication en architecture est largement née avec l'acier, au 19ème siècle.

Elle est rendue possible par la standardisation, c'est-à-dire par la fabrication en série d'éléments métalliques (colonnes en fonte, profilés laminés, etc.). Le Crystal Palace marque cette mutation, puisqu'il sera la première manifestation importante de standardisation, passant de la construction artisanale à la construction industrielle. La standardisation a permis un abaissement des coûts de réalisation ainsi qu'une rapidité d'exécution (6 mois). Tous les éléments composant l'ouvrage sont fabriqués en atelier, avec peu d'éléments différents, et sont ensuite montés sur chantier.

La préfabrication se généralise dès 1850. En Angleterre, les maîtres de forge construisent des maisons métalliques pour les expédier aux immigrants d'Amérique et d'Australie. L'ingénieur Romand transporte à la Martinique un hôpital militaire complet, en pièces détachées, prototype qui sera suivi d'autres commandes. La préfabrication était d'ailleurs très poussée puisque l'hôpital comprenait une ossature porteuse en fer forgé et un remplissage par panneaux de tôle mince, le montage se faisant entièrement à sec. Aux Etats-Unis, en 1867, la ville de Cheyenne est construite en 3 mois, avec en moyenne 3000 maisons arrivant de Chicago.

Cette préoccupation se poursuit au 20ème siècle. Walter Gropius présente à l'exposition du Werkbund de Stuttgart une maison individuelle préfabriquée, à ossature métallique légère, montée à sec. Jean Prouvé propose plus tard des maisons préfabriquées avec une structure à portique central et des remplissages en panneaux préfabriqués en bois ou en acier.

Par ailleurs, aux États-Unis, dès 1935, les fabricants d'acier procèdent aux essais de préfabrication industrielle. En 1937, la firme Le Tourneau et Hobart usine des maisons de un et deux étages, livrées prêtes à être habitées. Cette avancée dans la réalisation des maisons préfabriquées a conduit à une rapidité de construction stupéfiante des gratte-ciel, dans le montage des façades en particulier.

Il est intéressant de distinguer la préfabrication de l'industrialisation. La préfabrication dans le bâtiment est une industrialisation des éléments, avec des niveaux de composition variables (profilés, panneaux porteurs composés d'une structure et d'un remplissage, etc.) offrant une variété de combinaison des éléments suivant les projets. En revanche, l'industrialisation du bâtiment, telle qu'elle était définie par Le Corbusier par exemple, va plus loin et vise à répéter à l'infini un prototype de maison entière, à la manière de l'industrie automobile ou aéronautique. L'industrialisation a eu du mal à se réaliser à grande échelle parce qu'elle portait l'obligation de la répétition, mal adaptée à la diversité de la demande.

Dans les années 20-30, le constructeur nancéen Jean Prouvé va proposer une nouvelle manière d'employer le matériau.

Il façonne des tôles d'acier extrêmement légères : il plie, cintre, découpe, soude, etc. Il proposera dès 1924 des prototypes de mobilier (fauteuil réglable, chaises pliantes, etc.). L'armature est un corps creux, de section variable qui révèle la multiplicité des efforts : le profil est plus épais aux endroits où il y a tension et s'amincit dans les parties moins sollicitées. Ce principe sera repris plus tard dans les éléments de structure qu'il va mettre au point.

Prouvé imagine des constructions légères, transportables et démontables. Ses recherches sont fortement animées par le souci de l'industrialisation : préfabrication, montage rapide et assemblage simplifié sur chantier. Le contexte d'avant-guerre et d'après-guerre s'y prête dans la mesure où il y a un besoin accru et urgent de reconstruction de logements.

En 1931, il met au point des systèmes de cloisons amovibles, de panneaux porteurs de façades ou de cloisons intérieures. Il travaille également sur des systèmes de structure préfabriqués permettant un montage rapide : portiques, béquilles, sheds, coques, etc. En 1945, il invente le système de portique intérieur axial. Ce système va être utilisé dans la maison à portique central, mise en oeuvre entre autres dans un programme de construction de maisons à Meudon en 1945, à la demande du ministère de la reconstruction et de l'urbanisme.

la maison à portique

La structure est réalisée par débit et pliage de tôles d'acier en 4 m de longueur. Le portique est en forme de V renversé et supporte la poutre maîtresse. Des poutres de rive sont associées à la poutre centrale et constituent les supports de toiture. Le montage est effectué soit au sol, sur des dés, soit sur des pilotis. Les assemblages se limitent à des emboîtements et à des boulonnages de sécurité.

Un autre système constructif mis au point est celui de la béquille en tôle pliée. Le système le plus élaboré sera celui de la béquille unique. L'un des projets les plus significatifs de ce système sera la buvette d'Évian, construite en 1956. Le système est en équilibre, réalisé par une triangulation entre les béquilles dissymétriques reposant sur des articulations et les tirants de façade. La courbe de la toiture inversée est réalisée en panneaux multiplis de bois.

Jean Prouvé propose également des sheds, éléments de toiture monoblocs en métal, destinés à la couverture des usines. Il adapte ensuite le système et l'utilise comme coque autoportante dans l'habitation Un prototype d'habitation est réalisé à l'occasion du salon des arts ménagers en 1951, dans lequel il utilise ces éléments coques comme éléments porteurs. Le projet n'a pas eu de suite parce que jugé "trop moderne". Néanmoins, il associera ce système de coque au système structurel de béquille unique comme élément de couverture et utilise ce système dans la construction "d'écoles standard".

Maison du Peuple à Clichy

En 1938, Jean Prouvé réalise avec les architectes Beaudouin et Lods la Maison du Peuple à Clichy. La structure en acier est apparente à l'intérieur comme à l'extérieur. L'idée forte de ce projet est la flexibilité, pour répondre à un programme complexe où cohabitent dans le même espace, une salle de spectacle transformable par cloisons mobiles, un marché en plein air et trois étages de bureaux.

La structure est une ossature en profils laminés assemblés. Un système de toit escamotable et de planchers mobiles sont mis au point. L'innovation principale est dans le système de façades légères, suspendues et entièrement modulaires, composées de panneaux pleins d'une trame de1,04m. L'espace entre les feuilles de tôle d'acier des deux faces est maintenu par des traverses et des ressorts à matelas, qui en les tendant pour les rigidifier, leur donne une forme sphérique.

C'est au cours de ce projet qu'est mis au point un système de profil raidisseur vertical accroché à l'ossature qui maintient le double vitrage par serrage.

Ce système de façade est considéré comme le premier exemple d'application de mur-rideau au monde.

Durant la première moitié du 20ème siècle, l'emploi de l'acier connaît une baisse du fait de l'expansion du béton armé.

Il n'est plus le maître mais plutôt un accompagnateur. L'un des projets les plus significatifs au début du siècle sont les usines Fagus construites en 1911 en Allemagne par Walter Gropius. La structure est en béton avec des piliers en retrait des façades. Celles-ci sont des parois faites en verre et en acier, apportant d'une part un meilleur éclairage et donnant au mur l'aspect d'écran d'autre part.

Mies Van der Rohe est le premier à adapter l'ossature en acier aux nouveaux besoins de l'habitat. Il construit en 1927 la cité de Weissenhof à Stuttgart. La structure des immeubles à plusieurs étages est une ossature en acier, qui entraîne l'élimination des murs porteurs à l'intérieur comme à l'extérieur. Les murs extérieurs sont composés d'une demi-largeur de briques et d'une isolation. Les cloisons intérieures sont en contreplaqué et peuvent être vissées au plafond, permettant à l'occupant de les disposer comme il l'entend. Les piliers en acier traversent librement les pièces dans certains des appartements.

Le pavillon de l'Allemagne à Barcelone en 1932, de Mies Van der Rohe, allie une structure mixte (voiles en béton et poteaux en acier cruciformes) et des cloisons en acier. Il est porteur d'un langage d'expression nouveau, avec des parois très légères constituées d'acier et de verre, offrant une transparence extérieur - intérieur du bâtiment. Ces parois sont de plus indépendantes de la structure et de la toiture et donnent la liberté totale au volume intérieur.

Le Corbusier construit la maison Clarté à Genève en 1930 et la maison de l'Homme à Zurich, réalisée après sa mort, en 1967. Cette dernière est édifiée à partir d'éléments préfabriqués en acier. Le toit en acier est composé de deux éléments identiques, en forme d'entonnoir, soudés l'un à l'autre : l'un présenté en plan concave et l'autre en plan convexe. Chaque partie du toit est montée sur chantier à partir des pièces détachées. Quatre piliers carrés en acier de grande section soutiennent le toit alors que des piliers plus minces tiennent les petits côtés en équilibre. Le plan intérieur est ainsi totalement libre.

Aux États-Unis, l'acier reste le matériau privilégié de la construction d'immeubles commerciaux, d'habitations, etc. Il est le matériau qui se prête le mieux aux systèmes de préfabrication et d'usinage. Les progrès de la soudure permettent d'obtenir des structures d'acier continues au niveau des liaisons, comme c'est le cas dans le béton armé.

Les progrès techniques quant à l'emploi du matériau sont essentiellement réalisés dans un esprit d'économie du matériau : des structures de plus en plus minces et de plus en plus transparentes.

Dans les années 1950 et 1960, on emploie pour les ossatures des profilés laminés légers, des tubes d'acier de section ronde ou rectangulaire, des tôles soudées pour construire des habitations, classées comme des constructions légères, ainsi que des immeubles. Les toitures, planchers, parois intérieures ou extérieures n'assurent que des fonctions de séparation ou d'isolation thermique et acoustique.

L'une des constructions les plus significatives est la Farnsworth House construite par Mies Van der Rohe en 1950, dans l'Illinois. Les plans du plancher et de la toiture sont structurés avec des poutres métalliques en I, franchissant une portée de 9 m, portées par des profils en U en périphérie, qui eux-mêmes sont supportés par des poteaux en I, espacés de 6.70m. Les parois sont remplacées par des plaques de verre. Le volume se réduit au profil et la barrière optique entre intérieur et extérieur est supprimée.

Le rêve de la légèreté va animer nombre de recherches sur les structures en acier.

La recherche d'un système ayant pour base la triangulation dans les structures a ses origines à la fin du 19ème siècle, avec une étude théorique de A.Foppl en 1892 (la structure réticulée dans l'espace). Mais c'est avec Robert le Ricolais qu'apparaissent les premiers essais de systèmes réticulés à trois dimensions (1941). Les structures spatiales réticulées apparaissent comme un nouveau langage architectural permettant avec des éléments standard d'imaginer une infinité de combinaisons. Il travaille sur des dispositifs structurels construits à l'aide de câbles et de tubes. Le noeud, vers lequel convergent les efforts, constitue l'élément clé des structures spatiales. Il met en œuvre ce système dans le hangar de Clairvivre en Dordogne (1958).

Robert le Ricolais s'inscrit dans le même courant de recherche que l'ingénieur américain BuckMinster Fuller, qui développe l'idée que les structures légères en bois, en bambou ou en acier, lorsqu'elles sont utilisées de façon rationnelle, peuvent résoudre des problèmes de couverture, d'abri et d'environnement.

BuckMinster Fuller réalise pour l'exposition universelle en 1967 à Montréal un dôme géodésique de 100 m de diamètre qui permet le maximum de volume avec le minimum de matière. Le dôme est constitué d'une structure tridimensionnelle en acier et d'une couverture transparente. Aucun pilier n'est utilisé pour soutenir cette structure.

Au début des années 60, Jean Prouvé conçoit deux systèmes constructifs qui peuvent être complémentaires:
le système du tabouret d'une part, mettant en oeuvre deux éléments: un poteau et une poutre, et un système de toiture réticulaire à surface variable d'autre part avec l'ingénieur Léon Petroff. Le tabouret permet d'aménager librement des surfaces, tout en limitant la taille des portées et porte la toiture réticulaire. Jean Prouvé utilisera ce système dans le groupe scolaire de Saint-Michel sur Orge en 1967, et à l'École d'Architecture de Nancy, en 1971.

L'ingénieur Stéphane du Chateau

Chateau met au point plusieurs brevets de structures spatiales tri directionnelles, obtenues par soudure de noeuds et de tubes, en simple nappe de coupoles et voûtes ou en double nappe de structures tridimensionnelles de grande portée . Ces nappes sont composées de profils reliés par des noeuds réalisés par soudage et par insertion des éléments dans des éléments de jonction préfabriqués. Elles sont à base de pyramides préfabriquées ("système pyramitec") ou à base de poutres croisées préfabriquées ("système tridimatec"), etc. Dans le hall de la foire des expositions de Nancy, conçu par les architectes Kruger et Pierron en 1962-63, Stéphane du Chateau utilise le système Pyramitec avec un parallélépipède carré de 45 m de côté et de 2 m de haut..