Le matériau d'impression 3D, une des solutions de réduction de l'empreinte carbone - Estelle Hynek

Le matériau d'impression 3D, une des solutions de réduction de l'empreinte carbone - Estelle Hynek

Dans cet article, nous nous intéressons au développement du micro-béton imprimable bas carbone, une innovation portée par l’équipe de Constructions-3D, via l’usine Termix-3D. Estelle Hynek, ingénieure de recherche chez Constructions-3D, partage son témoignage sur la création de ce matériau unique et sur les défis rencontrés dans l’adaptation du béton classique à l’impression 3D.

Les encres utilisées pour l’impression 3D se distingue nettement du béton traditionnel utilisé dans les méthodes classiques de construction. Ces encres doivent spécifiquement répondre à des critères bien particuliers pour être adaptés à la technologie de fabrication additive. Contrairement au béton classique, qui est coulé dans des coffrages, le matériau imprimable doit pouvoir passer d’un état fluide à un état solide en un temps très court pour permettre la superposition de couches. Ces propriétés nécessitent une formulation précise et adaptée à chaque projet.

Les principales différences entre le béton classique et l'encre d'impression 3D résident dans la composition et le comportement des matériaux :

• 1

  Granulométrie :

  L'encre imprimé a une granulométrie plus fine que le béton classique permettant une extrudabilité optimale.

• 2

  Liant :

  Les liants utilisés dans un matériau imprimable et dans le béton classique ne sont pas nécessairement différents. En impression 3D, de nombreux liants employés sont similaires à ceux du béton traditionnel.

• 3

  Adjuvants :

  Des adjuvants spécifiques sont ajoutés pour améliorer, par exemple, la fluidité, ajuster la vitesse de structuration en fonction des besoins du projet, ou renforcer les propriétés mécaniques. Pour le matériau d'impression 3D, la principale différence réside dans le fait que les adjuvants sont utilisés sous forme de poudre, et le procédé emploie le matériau sous forme de prémix.

L’impression 3D béton présente des avantages significatifs pour le secteur de la construction, notamment en matière de réduction des coûts et d’optimisation des ressources :

Le développement du mortier imprimable bas carbone chez Constructions-3D répond à une demande croissante de matériaux plus durables et respectueux de l’environnement. En effet, l’empreinte carbone de ces matériaux est réduite grâce à la substitution du ciment Portland par liants alternatifs. La production de ciment Portland génère traditionnellement une grande quantité de CO2. De plus, l’incorporation de matériaux locaux dans les formulations minimise l'impact environnemental lié au transport des matières premières. L’usine Termix-3D, située à proximité de Constructions-3D, joue un rôle clé en permettant la production locale des matériau d’impression 3D, réduisant ainsi la chaîne logistique et l’impact environnemental global du projet.

Le développement de l'encre 3D imprimable pose des défis techniques complexes. Contrairement au béton classique, qui est conçu pour être coulé dans des coffrages, l'encre imprimable doit à la fois :

• 1

  Être fluide pour être pompé et extrudé à travers une buse.

• 2

  Se structurer rapidement pour permettre la superposition des couches sans effondrement ou déformation.

Cette dualité requiert des ajustements précis en termes de composition, incluant l'ajout de fibres ou d'adjuvants spécifiques pour contrôler la structuration et la prise du matériau et assurer sa résistance mécanique. De plus, la formulation doit s’adapter aux conditions climatiques et aux exigences du projet, comme la vitesse d’impression ou la hauteur des structures.

Par rapport au béton traditionnel, la différence se situe principalement dans sa réologie : le comportement du matériau doit être spécifique et adapté pour contrôler la vitesse de structuration en fonction du temps d'impression de couche et de la longueur du tuyau. En fonction de ces éléments on peut utiliser :

• 1

  Des retardateurs pour les climats chauds, afin de ralentir la vitesse de structuration et d'éviter que le mortier ne prenne trop rapidement.

• 2

  Accélérateurs pour les climats froids, afin d'assurer une structuration plus rapide malgré les basses températures.

En 2019, Constructions-3D a entamé un partenariat avec l’IMT Nord-Europe pour développer une encre imprimable bas carbone. Ce projet de recherche, mené dans le cadre d’une thèse, a permis de concevoir des matériaux innovant à faible impact environnemental, tout en intégrant des matériaux locaux des Hauts-de-France.

Le processus de développement a été méthodique :

Grâce à cette démarche, Constructions-3D a non seulement développé un matériau imprimable performant, mais également mis au point une méthodologie de formulation adaptable à divers projets.

Le matériau développé par Constructions-3D contient une part importante de matériaux locaux et à faible impact carbone, dont 70 % du ciment traditionnel a été remplacé par des liants alternatifs. Ces matériaux, combinés à des adjuvants spécifiques, offrent des performances élevées tout en réduisant l’empreinte carbone du matériau. Par exemple, les résistances mécaniques obtenues avec de tels matériaux dépassent largement les 30MPa (Mega Pascal) ce qui est suffisant dans la majorité des projets de construction.

Perspectives futures : Usine mobile et C3D Lab

L’avenir de Termix-3D et de Constructions-3D repose sur l’expansion de la production locale de matériau d’impression 3D, grâce notamment à l’introduction d’usines mobiles et du laboratoire mobile C3D Lab.

Ces innovations permettront à Constructions-3D d’aller plus loin dans sa démarche de production locale et durable. Les usines mobiles faciliteront la fabrication de matériau directement sur les chantiers, réduisant ainsi les coûts de transport et les émissions de CO2. Le laboratoire mobile C3D Lab, quant à lui, offrira la possibilité de formuler des encres personnalisés adaptés aux conditions spécifiques du projet et à l’environnement local. Le C3D Lab servira également à faire un contrôle qualité directement sur site lors des impressions sur chantiers.

Termix-3D, en collaboration avec Constructions-3D, pourrait transformer l’industrie de la construction. Le développement continu de matériaux bas carbone, associé à l’usage d’usines mobiles, permettra d’offrir aux acteurs de la construction des solutions plus écologiques et économiques, tout en améliorant la durabilité des structures imprimées. Le développement de l'encre imprimable bas carbone chez Constructions-3D, en partenariat avec Termix-3D, marque une avancée significative dans l’innovation pour une construction plus durable. Avec des solutions telles que l’usine mobile et le C3D Lab, l’avenir de l’impression 3D béton semble prometteur, et Constructions-3D s'impose comme un acteur clé dans la révolution de la construction durable.