L’impression 3D par pulvérisation à froid pour réparer des ponts
L’entretien des ponts est une tâche essentielle, mais qui demande beaucoup de travail, notamment en raison de la vulnérabilité à la corrosion de matériaux tels que l’acier. Selon le rapport 2025 sur les infrastructures américaines, seuls 49 % des ponts américains sont dans un état « passable », tandis que 6,8 % sont classés comme « médiocres ». La restauration de ces structures vieillissantes est estimée à plus de 191 milliards de dollars. Toutefois, l’utilisation de techniques de réparation innovantes pourrait réduire ce chiffre de manière significative. Une équipe de recherche de l’université du Massachusetts (UMASS) Amherst, en collaboration avec le département d’ingénierie mécanique du Massachusetts Institute of Technology (MIT), étudie l’impression 3D par pulvérisation à froid (CSAM) comme une solution prometteuse à ce défi d’envergure nationale.
La corrosion est l’une des principales causes de dégradation de l’acier, ce qui compromet considérablement l’intégrité des infrastructures. Dans les zones rurales ou isolées, cette détérioration peut s’aggraver rapidement, entraînant souvent des fermetures de routes et un accès limité. Le problème est aggravé par l’absence de méthodes efficaces de détection précoce de la corrosion et d’évaluation précise de son impact. En outre, de nombreuses régions sont confrontées à des contraintes financières qui limitent leur capacité à effectuer des réparations et un entretien de routine en temps voulu. Simos Gerasimidis, l’un des responsables du projet et professeur associé de génie civil et environnemental à l’université du Massachusetts Amherst, étudie la détérioration des ponts depuis une dizaine d’années. « Chaque fois que vous conduisez, vous passez sous ou sur un pont corrodé, explique M. Gerasimidis. Il y en a partout. Il est impossible de les éviter, et leur état montre souvent une détérioration importante. Nous connaissons les chiffres. »
Des chercheurs de l’Université du Massachusetts effectuent les derniers tests du projet (crédits photo : Université du Massachusetts)
L’équipe de l’UMASS Amherst s’attaque à ce problème avec son projet « Impression 3D et structures en acier : Innovation in Repairs ». Le travail consiste à tester la pulvérisation à froid pour réparer les ponts, ainsi qu’à développer des méthodes de balayage 3D LiDAR pour remplacer les évaluations visuelles. En général, ces dernières prennent du temps et sont subjectives. Avec une méthode de balayage 3D LiDAR, les chercheurs peuvent identifier la corrosion avec plus de précision et élaborer un plan de réparation numérique. Cela leur permet également d’identifier les endroits où les réparations sont strictement nécessaires, ce qui permet de gagner du temps et d’économiser du matériel. « En combinant le balayage et le dépôt précis de matériaux, nous pouvons être très ciblés et dire « nous allons imprimer ici, ici et ici, et nous allons donner à ce pont 10 ans de vie supplémentaires », ce qui est énorme« , a ajouté Simos Gerasimidis.
L’avantage de l’impression 3D par pulvérisation à froid
Dans la pulvérisation à froid, des particules de poudre métallique sont projetées à grande vitesse sur une surface. Elles se lient aux parties endommagées d’un composant, par exemple les poutres métalliques d’un pont, et les recouvrent. La pulvérisation répétée crée des couches multiples qui restaurent l’épaisseur et d’autres propriétés structurelles de la zone traitée. La technologie sera testée au moyen d’essais expérimentaux (essais de traction, essais de fatigue et essais de corrosion supplémentaires) afin d’évaluer l’efficacité des techniques proposées pour réparer ou protéger l’acier dans des environnements corrosifs.
Le CSAM a été utilisé efficacement pour de grandes applications telles que les avions, les navires et les sous-marins. Les ponts, en revanche, posent un problème unique : l’imprimante 3D doit être amenée sur place. Heureusement, les réparations par CSAM peuvent être effectuées sans trop perturber la circulation. M. Gerasimidis explique qu’il est possible d’effectuer des travaux de CSAM pendant que des voitures circulent sur le pont.
Une réparation prometteuse
L’équipe de l’UMASS a effectué une réparation test à Great Barrington, dans le Massachusetts, sur le pont rouge (anciennement connu sous le nom de « Brown Bridge ») construit en 1949. « Maintenant que nous avons réalisé cette réparation de démonstration, nous voyons clairement la voie vers une solution beaucoup plus rapide, moins coûteuse, plus facile et moins invasive, a déclaré M. Gerasimidis. À notre connaissance, il s’agit d’une première. Bien sûr, il reste encore de la recherche et du développement à faire, mais c’est une étape importante« .
Dans quelques années, le pont rouge sera démoli. L’équipe de l’UMass ramènera alors les poutres pulvérisées dans son laboratoire et les testera. Elle mesurera l’adhérence de la poudre d’acier déposée à la structure sur le terrain, en la comparant à un environnement de laboratoire contrôlé. En outre, l’équipe vérifiera l’absence de corrosion après la pulvérisation et déterminera les propriétés de résistance mécanique.
Le ministère des transports du Massachusetts (MassDOT), le Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), le ministère des transports des États-Unis et l’administration fédérale des autoroutes collaborent également à ce projet. Pour plus d’informations, cliquez ici.
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*Crédits photo de couverture : Jeffrey Schreier
