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Des poutres imprimées en 3D à partir de plastique recyclé remplacent le béton armé

Publié le 2 juin 2021 par Mélanie R.
poutres imprimées en 3D

Une équipe de l’Université Polytechnique de Valence (UPV) a développé une alternative aux poutres en béton armé utilisées dans le secteur de la construction : en s’appuyant sur la fabrication additive, elle a pu concevoir des poutres en plastique recyclé. A la clé, une réduction du poids drastique puisqu’elles pèsent 80% de moins que les solutions actuelles, facilitant alors considérablement  leur transport et l’énergie nécessaire pour les monter. Les différents composants imprimés 3D formant la poutre s’assembleraient aussi facilement que des briques de LEGO.

Très prisé par le secteur de la construction, le béton armé est, comme son nom l’indique, composé de béton et de métal, le plus souvent de l’acier. C’est donc un matériau composite qui permet de résister à la traction et à la compression, capable de supporter des charges importantes. Toutefois, c’est un matériau qui reste lourd à transporter, la présence de l’acier augmentant considérablement le poids de la poutre. Des chercheurs ont donc essayé de réduire au maximum cette contrainte et ont travaillé pendant 3 ans sur un projet d’impression 3D. José Ramón Albiol, professeur à l’École technique supérieure d’ingénierie du bâtiment (ETSIE) de l’UPV, ajoute : “Notre objectif était de proposer une alternative aux structures actuelles en béton armé. Celles-ci sont constituées de profilés construits sur toute la longueur de la pièce, ce qui nécessite des installations coûteuses et est difficilement transportable.”

Les différents blocs imprimés en 3D s’imbriquent comme des LEGO (crédits photo : UPV)

Des poutres imprimées 3D inspirées de l’os humain

Les chercheurs restent assez discrets quant au procédé d’impression 3D utilisé ; on sait simplement qu’ils ont privilégié du plastique recyclé pour réduire l’empreinte écologique, et qu’ils se sont inspirés de la forme de l’os pour concevoir leurs modèles 3D. L’objectif était de reproduire la structure de l’épiphyse, la partie terminale des os : celle-ci est constituée de plusieurs couches qui confèrent une rigidité importante tout en restant assez légère. Grâce à la fabrication additive, les chercheurs ont pu imiter cette structure alvéolaire et mettre la matière là où elle est nécessaire. 

A la clé, une réduction du poids total grâce à l’utilisation de plastique au lieu d’acier, mais aussi grâce à une meilleure répartition du matériau. José Ramón Albiol poursuit : “Il s’agit d’une structure en nid d’abeille, qui permet de réduire la matière plastique utilisée – et donc son poids – en maintenant la rigidité structurelle. Et c’est ce que nous avons transféré à ces poutres révolutionnaires. C’est un système naturel très intelligent et sa reproduction dans ces poutres leur donne, avec un faible poids structurel, une capacité mécanique très élevée. »

Concrètement, les chercheurs ont imprimé en 3D des blocs qui peuvent s’emboîter les uns avec les autres, à l’image de briques de LEGO. Une couche de béton est alors ajoutée pour former la poutre finale. Au-delà du poids réduit, cette méthode permet d’obtenir une structure modulable selon les besoins et le projet de construction. Les blocs sont plus facilement transportables, avec une installation qui est faite sur place, simplifiant ainsi la main d’oeuvre associée. 

La structure lattice permet de réduire le poids total de la poutre

Miguel Sánchez, du Département des systèmes et de l’informatique (DISCA) de l’UPV, conclut : « L’impression 3D permet de fabriquer des pièces sur mesure très près de la zone de mise en œuvre, ce qui simplifie également le transport, réduit les coûts et facilite la personnalisation. Pouvoir personnaliser les poutres in situ permet d’adapter les caractéristiques de chacune d’entre elles aux besoins structurels à chaque point de la construction. La possibilité de recycler les matériaux polymères pour produire les poutres réduit considérablement leur empreinte carbone. »

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