Est-il possible de combiner matériaux locaux et impression 3D ?

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Tirer parti des ressources abondantes et de la main-d’œuvre locale sont des concepts clés de l’architecture durable, qui sont souvent négligés au détriment des solutions reproduites dans d’autres contextes.

L’art de construire un abri en blocs de glace se transmet de père en fils chez les Inuits, peuples autochtones qui habitent les régions les plus septentrionales de la planète. Le plan circulaire, le tunnel d’entrée, la sortie d’air et les blocs de glace forment une structure où la chaleur générée à l’intérieur fait fondre une couche superficielle de neige et colmate les interstices, améliorant ainsi l’isolation thermique de la glace.

En cas de tempête, un igloo peut faire la différence entre la vie et la mort et c’est peut-être l’exemple le plus emblématique et le plus radical de ce que signifie construire avec des matériaux locaux, peu d’outils et beaucoup de connaissances. Dans ce cas, la glace est tout ce que vous avez.

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Avec les nouvelles exigences et technologies, la mondialisation des matériaux et des techniques de construction, y a-t-il encore de la place pour les matériaux locaux ? Plus spécifiquement en ce qui concerne les constructions imprimées en 3D, sommes-nous destinés à les ériger uniquement en béton ?

Lorsqu’on fait une recherche sur l’impression 3D sur Internet, on tombe rapidement sur deux grandes séries de résultats. La première concerne l’essor des constructions imprimées en 3D en béton, le matériau de construction le plus utilisé au monde, mais qui est également responsable de taux d’émission de carbone élevés. Le second groupe concerne les projets de construction expérimentaux et innovants sur d’autres planètes.

Sur la surface de Mars, qui est plus inhospitalière que le pôle Nord, l’idée d’utiliser uniquement ce qui est disponible localement est la plus logique. Si l’envie de coloniser la planète continue à se faire sentir, il n’est sans doute pas question d’approvisionner les vaisseaux spatiaux en matériaux de construction (sacs de ciment, gravier ou plaques de contreplaqué).

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Le prototype Marsha, développé par Ai SpaceFactory, a été la proposition gagnante du concours « NASA Centennial Challenge ». Comme la grande majorité des propositions actuelles, Marsha utilise des techniques d’impression 3D à partir d’un mélange de fibres de basalte extrait de roches martiennes et de bioplastique renouvelable (acide polylactique ou PLA) traité à partir de plantes qui pourraient être cultivées sur Mars. Le composite polymère recyclable a surpassé le béton lors des tests de résistance, de durabilité et d’écrasement effectués par la NASA.

Il existe également des recherches pour des abris à la surface de la Lune, également imprimés en 3D avec du « béton lunaire ». L’ingrédient principal du mélange serait un sol poudreux que l’on trouve sur toute la surface de la Lune, appelé régolithe lunaire. Pour lier et créer le béton, il a été noté que la propre urine des astronautes pourrait être utilisée.

En effet, les chercheurs ont constaté que l’ajout d’urée au mélange de géopolymère lunaire, un matériau de construction similaire au béton, fonctionnait mieux que d’autres plastifiants courants comme la naphtaline ou le polycarboxylate pour réduire le besoin en eau. Le mélange sortant d’une imprimante 3D s’est avéré plus résistant et a conservé une bonne maniabilité.

Mais revenons à la planète Terre – L’impression 3D de bâtiments a été identifiée comme une méthode pouvant potentiellement optimiser les projets, créer des formes organiques, réduire la consommation de matériaux, le temps de construction, la main-d’œuvre nécessaire, les exigences logistiques et les coûts futurs.

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Plusieurs exemples intéressants ont vu le jour, mais la plupart reposent sur le béton pour la construction. En d’autres termes, même si l’impression 3D peut être décentralisée, la matière première utilisée pour la construction peut rarement être obtenue localement.

Un document élaboré par plusieurs chercheurs de l’université du Texas, qui évalue les possibilités de matériaux pour l’impression 3D de bâtiments, souligne le souci de se concentrer sur le béton et son impact environnemental.

Le fait est que les méthodes de fabrication additive sont sur le point de transformer considérablement l’industrie, en améliorant l’automatisation, en permettant des économies dans l’utilisation des matériaux et en permettant une fusion sans précédent de la forme et de la fonction. Cependant, s’appuyer sur le béton comme matériau extrusif de choix a le potentiel d’exacerber énormément les défis environnementaux croissants.

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Les chercheurs soulignent qu’une attention considérable a été accordée à la recherche d’alternatives au béton, plus durables sur le plan environnemental, notamment le sol lui-même, qui peut être récolté et utilisé sans qu’il soit nécessaire de transporter des matériaux sur de longues distances, ce qui permet de réduire considérablement l’empreinte carbone et les coûts énergétiques intégrés.

Il existe déjà quelques initiatives dans ce sens. Une collaboration entre l’équipe de Mario Cucinella Architects (MC A) et WASP, spécialiste de l’impression 3D en Italie, a abouti à la première construction imprimée en 3D à partir d’un matériau entièrement naturel, recyclable et neutre en carbone : la terre crue.

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Le prototype circulaire s’appelle TECLA (combinaison des mots Technology et Clay) et a été construit à Massa Lombarda (Ravenne, Italie) à l’aide de plusieurs imprimantes 3D synchronisées travaillant en même temps. Il s’agit d’une maison circulaire créée avec des matériaux entièrement réutilisables et recyclables provenant de la terre locale.

Le projet Urban Dunes à Abu Dhabi crée des structures organiques, comme des « oasis urbaines », à partir d’une épaisse couche de sable, en mélangeant des systèmes actifs passifs et low-tech pour maximiser le confort thermique. Les voûtes sont composées de blocs stéréotomiques en grès imprimé en 3D, utilisant le sable local comme matériau principal.

La solidification du sable du désert est réalisée à l’aide d’une technologie de projection de liant. Les voûtes imprimées en trois dimensions, d’une épaisseur de 55 cm, devraient empêcher la surchauffe de l’espace urbain en milieu désertique.

[Vidéo Dunes urbaines – voûtes d’ombrage urbaines imprimées en 3D – Abu Dhabi]

Lorsque l’on pense aux grandes villes, il faut également tenir compte de l’énorme stock de déchets solides produits quotidiennement et des débris de construction. Une équipe de l’université polytechnique de Valence (UPV) a mis au point une alternative aux poutres en béton armé, en créant des poutres à partir de plastique recyclé grâce à la fabrication additive. Le résultat est une réduction drastique du poids (80% de moins), ce qui facilite le transport et réduit l’énergie nécessaire à son assemblage, tout en maintenant la rigidité structurelle.

Les différents blocs imprimés en 3D s'emboîtent comme des LEGO (photo credits: UPV)

Il existe de nombreuses possibilités d’inclure d’autres matériaux pour la fabrication additive terre crue, sables, déchets agricoles, plastiques et autres déchets. Les utilisations, à leur tour, vont des bâtiments et pavillons complets à l’aide à la régénération des écosystèmes, en passant par les prothèses de membres et les organes imprimés.

Comme la glace pour les Eskimos, les matériaux locaux sont souvent mieux adaptés aux conditions climatiques et réduisent donc l’impact négatif de la construction. En outre, ils peuvent permettre une meilleure vie après la construction, qu’il s’agisse de recyclage ou de dégradation de la terre elle-même.

L’innovation autour de l’impression 3D pour la construction ouvrira de nouvelles voies à l’architecture lorsqu’elle pourra enfin intégrer des matériaux, des connaissances et des demandes locales pour le grand public.

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(Source)

Christian
Rédacteur Build Green, passionné par l'architecture et plus précisément les habitats écologiques et alternatifs. Je plaide pour une utilisation des énergies renouvelables, des matériaux recyclés et pour un habitat respectueux de l'environnement.

3 réflexions sur “Est-il possible de combiner matériaux locaux et impression 3D ?

  1. Merci et Bravo pour cet article très complet et juste.
    Je termine la réalisation de 5 logements sociaux (partiellement) imprimées en 3D à Reims, le projet VILIAPRINT. Je suis convaincu qu’il est urgent de trouver d’autres méthodes de construction, et l’impression 3D, comme le Hors-Site, sont des pistes intéressantes. Je suis heureux d’avoir pu expérimenter cette technique sur ce projet, mais effectivement insatisfait de l’usage du béton (fortement adjuventé). Je travaille sur de futurs projets avec des matériaux locaux et durables, et aussi la filière de recyclage. En ce qui me concerne, je prends l’expérience VILIAPRINT comme un enseignement, une étape nécessaire pour réaliser les limites du procédé et les contraintes réglementaires françaises.

    • Merci Emmanuel.
      Effectivement, les enjeux de demain, tous secteurs confondus, sera de limiter ses ressources, et donc d’en passer par le réemploi et le recyclage.
      Une démarche low-tech qui doit s’inscrire dans tous les processus de création.
      Bravo, en tout cas, d’avoir cette prise de conscience, qui est loin d’être une généralité dans le bâtiment !

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