Du béton « léger », qui reste solide, est-ce possible ? Oui, répond un architecte de l’Université du Michigan, accompagné de chercheurs de différentes universités. Ils ont créé un dispositif pour imprimer des murs de béton « creux » en 3D. Leur méthode permet selon eux de réduire les coûts de construction, tout en étant plus écologique.
Leur technique a pour nom « Shell Wall », ou « mur coquille », en raison de la structure creuse obtenue pour le mur. Elle combine une technologie d’impression 3D avec un modèle de calcul qui permet aux scientifiques d’optimiser la forme des structures. Comme le rappelle un communiqué de l’Université du Michigan, l’utilisation de l’impression 3D pour construire des murs en béton n’est pas nouvelle. Sur la plupart des chantiers qui l’utilisent, la méthode est la suivante : une buse d’extrusion robotisée se déplace parallèlement au sol, en ligne droite, selon un schéma préétabli. Cette impression 3D permet de construire un « moule » pour le mur, qui est ensuite rempli de béton et renforcé par des barres d’armature.
Cependant, selon les concepteurs de Shell Wall, cette approche présente des limites : « cela entraîne une forte consommation de béton et limite son application pour des structures légères qui impliquent des formes complexes », affirment-ils. En effet, pour construire des structures solides sans utiliser trop de béton, il faut parfois savoir jouer sur des formes moins conventionnelles. L’architecte Mania Aghaei Meibodi et les chercheurs Alireza Bayramvand et Yuxin Lin, du laboratoire DART du Taubman College of Architecture de l’Université du Michigan, ont donc tenté d’aller au-delà de ces limites. Cette approche les a amenés à publier un article sur le sujet dans la revue Fabricate, intitulé « The smart takes from the strong », ou littéralement « l’intelligent prend au fort ». Une façon de dire que construire intelligemment peut s’avérer plus efficace que d’accumuler la matière.
Leur méthode utilise non seulement l’impression 3D, mais aussi « l’optimisation topologique ». Il s’agit d’une « technique qui génère la distribution la plus efficace des matériaux en fonction de critères de performance, tels que la résistance ou le poids, pour un ensemble donné de supports », précise le communiqué. Autrement dit, cela permet de limiter le matériau inutile, en n’en ajoutant que là où il est vraiment nécessaire.
Éliminer la matière inutile
Concrètement, l’équipe a créé un modèle informatique qui permet donc de réaliser au mieux cette optimisation topologique. Une fois le modèle de structure créé informatiquement, il faut le faire basculer dans la réalité. Pour cela, une buse réalise l’impression 3D en couches. Leur technologie leur permet de ne pas nécessairement construire de manière parallèle au sol, ce qui autorise une grande variété de formes. Le dépôt de matière donne ainsi naissance à des formes incurvées qui peuvent aussi avoir un avantage en matière d’esthétique.
Des barres d’armatures sont ensuite insérées là où elles sont nécessaires, et l’espace creux à l’intérieur de la structure est rempli d’isolant thermique. Tout cela permet « d’éliminer les surconstructions inutiles avec des quantités excessives de matériaux », explique Mania Aghaei Meibodi, l’architecte du groupe de recherche. « Tous ces facteurs combinés signifient que nous pouvons construire de meilleures structures, plus respectueuses de l’environnement, à moindre coût », se félicite-t-il.
Vidéo explicative du projet :