Optimisation topologique et impression 3D béton : un duo gagnant en construction ?

Il y a du mouvement du côté des étudiants de l’université du Michigan ! Une équipe de chercheurs et d’architectes se sont en effet penchés sur le marché de l’impression 3D béton en essayant de développer un procédé de construction qui soit plus efficace que les solutions traditionnelles. Ils affirment avoir conçu un béton ultra léger et sans déchets qui permettrait de réduire de 72 % le poids d’une structure comparé à du béton “classique”. En combinant ce matériau à un logiciel d’optimisation topologique, ils pourraient donc créer des structures moins gourmandes en énergie, en matériaux, en temps et moins lourdes. 

Vous n’êtes pas sans savoir que le secteur de la construction bénéficie pleinement des avantages de la fabrication additive et de plus en plus de chantiers s’équipent d’une imprimante 3D béton pour réduire les coûts, la pénibilité du travail ou encore la consommation de matériaux. Attention toutefois, car nous sommes encore loin de voir ces machines sur tous les sites, plus particulièrement en France – même si certains logements imprimés en 3D commencent à voir le jour. En somme, l’impression 3D semble convaincre même si selon l’équipe de l’Université du Michigan, il reste beaucoup de progrès à faire. 

Mania Aghaei Meibodi est architecte et professeur adjoint d’architecture au Taubman College and Urban Planning – l’une des 19 écoles de l’Université du Michigan. Elle explique : “Les approches actuelles de l’impression 3D béton entraînent une consommation élevée de béton et limite son application à des formes légères qui impliquent des formes complexes telles que des formes tubulaires ramifiées et angulaires, des surplombs, des couches en porte-à-faux et des variations de section ou d’angle.” Selon elle et les chercheurs Alireza Bayramvand et Yuxin Lin, les méthodes actuelles restreignent la technologie à des formes relativement simples comme des murs orthogonaux.

L’équipe a donc développé un système et un mode de calcul qui permettraient de déposer des couches de béton non planes et variables, en fonction de la forme et des caractéristiques géométrique de la structure souhaitée. Pour cela, elle s’appuie sur l’optimisation topologique qui permet de déterminer la quantité de matière nécessaire et son placement en fonction des charges exercées. Selon Mania Aghaei Meibodi, cette méthode offrirait donc la possibilité « d’éliminer les sur-constructions inutiles avec des quantités excessives de matériaux. Tous ces facteurs combinés signifient que nous pouvons construire des structures de meilleure qualité, plus respectueuses de l’environnement et à moindre coût.« 

Pour démontrer les avantages de leur procédé, ils sont conçus le « Shell Wall », une structure en béton érigée grâce à un bras robotisé. Il a une forme incurvée complexe et utilise seulement la matière nécessaire.

L’impression 3D non planaire est un concept déjà étudié sur le marché, plutôt en faveur des thermoplastiques et des procédés FDM/FFF. C’est donc un développement intéressant qui se profile pour le béton et nous avons hâte de découvrir quel impact cette méthode pourrait avoir sur le marché de la construction. En attendant, vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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