Les pierres taillées ont été les premiers outils que les hominidés ont utilisés pour transformer leur environnement. Il est passionnant d’imaginer comment, depuis l’âge de pierre – une période qui a commencé vers 10 000 av. J.-C. – et grâce au long processus d’évolution de l’humanité, les outils que nous avons utilisés sont passés de simples pierres à des systèmes robotiques complexes. Ces avancées représentent une révolution dans les modes de production, tant au niveau industriel actuel qu’à l’échelle locale.
Des technologies telles que l’intelligence artificielle (IA) et les systèmes de fabrication numérique ont été perçues comme des menaces de remplacement de la main-d’œuvre variant selon le contexte. En Amérique latine ou en Afrique, la fabrication artisanale et manuelle est profondément enracinée, spécialisée et rentable dans certains secteurs, ce qui rend la substitution numérique moins urgente. En revanche, les biomatériaux dérivés de champignons ou de déchets agricoles offrent des alternatives de construction respectueuses de l’environnement, favorisant la durabilité et les économies circulaires. Cela stimule des discussions significatives sur le potentiel de la fabrication numérique, nécessitant une compréhension des ressources et des enjeux locaux. Elle pose ainsi les bases de éco-matériaux qui préservent l’identité tout en proposant des solutions aux problématiques locales.
Qu’ils soient organiques ou inorganiques, les déchets exigent aujourd’hui de l’attention en tant que ressource indispensable. Ainsi, des initiatives comme Manufactura intègrent la fabrication numérique et l’utilisation des déchets pour de nouvelles perspectives. Dinorah Martínez Schulte, la co-fondatrice de ce projet, nous a donné un aperçu du potentiel de ces processus et de leur application dans un matériau tel que le bois, utilisé depuis que nos ancêtres ont commencé à façonner d’autres matériaux avec de la pierre.
Contextualiser les matériaux et comprendre leurs origines
Selon les recherches de Martínez Schulte au Mexique, la production annuelle de bois atteint environ 8 millions de m³. De ce volume, 70 % sont destinés à l’industrie du sciage, qui génère environ 2,8 millions de m³ de déchets, principalement de la sciure, des copeaux et des écorces. Bien qu’il existe actuellement des moyens de gérer les déchets de bois, ils dépendent de procédés chimiques et de combustibles.
« The Wood Project / Un Proyecto de Madera » est une initiative de recherche menée en collaboration avec La Metropolitana, un atelier local qui combine les techniques traditionnelles avec la technologie dans ses processus de fabrication de meubles. Résolvant un problème quotidien, le projet réutilise la sciure de bois – généralement jetée – en résumant, environ 5 à 6 sacs, d’environ 40 kg chacun, générés quotidiennement. Cela atténue non seulement les déchets, mais répond également aux problèmes de sécurité dus à l’inflammabilité de la sciure de bois et aux risques respiratoires lorsqu’ils sont en suspension dans l’air.
Bien que ces déchets de bois en eux-mêmes ne soient pas très polluants, le volume rejeté représente une source considérable de bois brut et, dans certaines régions du Mexique, il a une grande valeur économique et culturelle. Dans le cadre de ce projet, Manufactura a créé un bio-composite à base de résidus de sciure de bois de l’arbre Tzalam ( Lysiloma latisiliquum ). Cette espèce est indigène et très appréciée dans le sud-est du Mexique, dans la région maya, en raison de son apparence, de sa haute résistance et de sa caractéristique esthétique de couleur rougeâtre et de veines prononcées.
La chimie dans le cadre du processus de fabrication
Dans la fabrication de bio-composites, Manufactura propose une approche qui commence par la composition chimique des matériaux. Dès leurs premiers projets travaillant avec des coquilles d’œufs, ils ont abordé le matériau en le considérant comme du carbonate de calcium et, comme dans le cas du bois, comme de la cellulose.
Après avoir mené plusieurs expériences pour générer un mélange à base de cellulose, ils ont découvert que la sciure subit des changements d’état physique liés au liant et au séchage, selon la machine dont elle est extraite. De plus, l’humidité dans le biocomposite était propice à la croissance fongique, ils ont donc expérimenté la chaux et le gypse pour le neutraliser. De plus, après avoir développé plusieurs prototypes, ils ont déterminé que la sciure de bois provenant des machines de calibrage et du routeur CNC présentait les conditions physiques optimales pour permettre le processus d’impression 3D.
La composition chimique est la base de tout. » déclare Dinorah Martinez Schulte, Manufactura
Le passage d’un procédé de fabrication soustractif à un procédé additif a conduit à l’exploration de nouvelles approches. Pour fabriquer les dalles modulaires à partir du bio-composite, il était nécessaire de comprendre le poids, la densité et la teneur en eau de chaque matériau. De plus, des liants organiques ont été utilisés comme matrice, ainsi que de la chaux qui, après plusieurs tests, s’est avérée plus efficace pour prévenir la croissance fongique.
Dans ce processus de recherche, ils ont travaillé en collaboration avec le Laboratoire des matériaux et systèmes structuraux de l’UNAM, qui apporte une perspective scientifique au projet. Enfin, après de nombreux procédés et essais, un matériau de coulée associé à un liant est obtenu. Ce matériau est ensuite transformé en un état plastique à l’aide d’une extrudeuse conçue pour les matériaux semi-liquides, qui est montée sur un bras robotisé.
Néo-bois et géométrie
Lors des tests, Manufactura a observé que les pièces conservaient les propriétés des essences de bois utilisées. Les premières pièces fabriquées avec des déchets de pin étaient moins rigides et de couleur plus claire que celles fabriquées avec du tzalam, qui présentaient une plus grande dureté et une couleur rougeâtre. Dans les deux cas, ces qualités étaient similaires à celles du bois dans son état d’origine. L’interaction entre le mélange, les paramètres techniques d’impression (vitesse d’extrusion et vitesse du bras robotique) et la forme des pièces a abouti à la réalisation de trois treillis ; 72 pièces mesurant chacune 20 x 20 cm. Ce processus d’impression et de séchage de 3 semaines a produit des pièces reproductibles qui peuvent être assemblées pour l’évolutivité. Martínez Schulte souligne la nécessité de prendre en compte plusieurs variables telles que la température et l’humidité, qui affectent l’impression des matériaux. Les pièces sèchent généralement en 5 à 7 jours.
Pour déterminer les formes des pièces, plusieurs prototypes ont été créés, en commençant par des géométries de base comme des cercles, des carrés et des triangles. Cette approche a permis d’identifier la géométrie la plus adaptée. Martínez Schulte souligne qu’en testant différentes géométries, on parvient à une meilleure compréhension du matériau. En conséquence, il devient possible de définir les tailles des pièces, de réduire les distances et d’identifier où un motif de remplissage est nécessaire.
La fabrication numérique n’est pas linéaire, c’est une boucle infinie. » Dinorah Martinez Schulte
En résumé, la réalisation de ce projet a été possible grâce à la synergie entre la conception informatique, les avantages apportés par la fabrication numérique, l’innovation dans le contexte local et la créativité dans la conversion des déchets de bois en nouveaux matériaux. Il souligne également l’importance de penser aux éco-matériaux et à la fabrication numérique comme un moyen d’aborder les problèmes locaux et de générer de nouvelles conversations basées sur les qualités techniques et esthétiques et les applications des bio-composites. Que ce soit dans la sphère professionnelle à travers le travail en atelier ou depuis l’académie en collaborant avec les universités, Manufactura et Dinorah Martínez Schulte proposent un changement de perspective sur ce qui est considéré comme un déchet.
L’impact de la construction 3D et des éco-matériaux trouve une réponse dans les différentes propositions émergeant à l’échelle mondiale, en particulier en ce qui concerne les avantages potentiels et les risques encourus. Force est de constater que ces types de matériaux s’imposent en bousculant la production architecturale contemporaine ainsi que les modes de fabrication actuels au profit d’une économie circulaire.
Comme l’a déclaré Carlos Raúl Villanueva : « L’architecture est un acte social par excellence, un art utilitaire, comme une projection de la vie elle-même, liée aux problèmes économiques et sociaux, et pas seulement aux normes esthétiques… ».
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