Des ingénieurs du MIT ont développé une méthode révolutionnaire permettant de créer des poutres en béton plus écologiques en utilisant des moules en tissu. Cette approche innovante vise à réduire la consommation de matériaux tout en rendant la construction accessible dans les régions en développement.
Ce qui s’est passé
Dans une étude publiée dans le Journal of Building Engineering, l’équipe du MIT a conçu et fabriqué une poutre d’essai de trois mètres en utilisant des moules en tissu, un processus automatisé de conception de motifs. Ce modèle optimisé a permis d’utiliser environ un tiers de béton et la moitié d’acier de renforcement par rapport à une poutre conventionnelle capable de supporter le même poids.
Ce que l’on sait
La création de poutres en béton a longtemps été limitée par la nécessité de moules rigides coûteux et complexes, souvent hors de portée dans les zones en développement. Le recours à des moules en tissu léger et économique facilite la construction sur site, permettant aux ouvriers de coudre des structures adaptables qui se transportent facilement. Cette avancée pourrait rendre le béton optimisé accessible aux régions où la croissance des infrastructures est attendue.
Josephine Carstensen, professeur en ingénierie civile et co-autrice de l’étude, souligne que la flexibilité des moules en tissu, initialement considérée comme un défi, peut en fait être exploitée pour créer des formes structurelles optimisées.
Les enjeux environnementaux
La production de ciment représente environ 8 % des émissions mondiales de carbone. En réduisant la quantité de béton nécessaire, cette nouvelle méthode pourrait contribuer à diminuer l’empreinte carbone de la construction. Avec l’augmentation prévue du nombre de bâtiments dans le monde, cette innovation pourrait se révéler cruciale, notamment dans les pays en développement qui représentent 85 % de cette croissance.
Le processus de conception
Le développement de la poutre a impliqué deux méthodes de conception : la statique graphique pour le placement de l’acier de renforcement et l’optimisation topologique pour déterminer la répartition du béton. Ce processus a permis d’obtenir une poutre alliant robustesse et légèreté, tout en conservant une simplicité de fabrication pour les ouvriers.
Une fois le moule en tissu conçu, l’équipe a dû résoudre des défis majeurs lors de l’entrepreneurisation du béton, notamment en choisissant un mélange approprié qui ne perd pas d’eau à travers le tissu. Ils ont donc utilisé un mélange avec une consistance modérée et des granulats fins, permettant une application précise sans enfoncer le moule.
Les résultats pratiques
Les tests de charge sur la poutre ont montré que sa déformation était conforme aux prédictions du modèle informatique, avec une marge d’erreur d’environ 2 %. Les résultats ont également indiqué que le nombre de pièces utilisées dans le moule affecte la précision de la poutre, mais que des motifs trop complexes peuvent entraîner des imprécisions. Un moule de 56 pièces a été jugé optimal pour le projet.
Conséquences économiques
Une analyse des coûts a révélé des différences significatives entre le Sud et le Nord mondiaux. Dans les pays en développement, les versions à moules en tissu pourraient coûter de 10 à 20 % moins cher que les versions conventionnelles. En revanche, dans les régions où la main-d’œuvre est chère, les versions en tissu peuvent s’avérer jusqu’à 55 % plus coûteuses, limitant leur utilisation à des projets spécifiques.
Les fabricants souhaitant adopter cette méthode n’ont besoin que d’un dessin numérique et d’un cadre de support simple, nettement moins onéreux que les techniques de fabrication robotisée ou d’impression 3D. Cela constitue un avantage déterminant pour l’innovation dans la construction.
À l’avenir
La recherche sur les moules en tissu est prometteuse, mais un travail supplémentaire est nécessaire pour développer des poutres de tailles plus grandes, car des ajustements de conception seront nécessaires à mesure que la longueur de la poutre augmente. Les chercheurs prévoient de tester des poutres supplémentaires pour évaluer leurs limites de charge et optimiser encore davantage le processus.
Ces nouvelles méthodes de conception ouvrent la voie à une architecture plus durable, intégrant des formes organiques qui réagissent intelligemment aux forces structurelles. Cela soulève la question de pourquoi d’autres structures ne sont pas réalisées selon ces principes.
Source : MIT News (news.mit.edu)
Article original : Consulter la source originale
Auteur : Stephanie Martinovich | Department of Civil and Environmental Engineering
