Des revêtements de sol imprimés en 3D marquent une avancée pour le béton à bilan carbone négatif

Une équipe de chercheurs du Polyhedral Structures Laboratory de l’Université de Pennsylvanie a dévoilé une nouvelle installation de revêtement de sol démontrant comment l’impression 3D et des approches de conception de pointe peuvent être combinées pour créer des structures réduisant significativement la consommation de béton et, par conséquent, l’empreinte carbone de la construction. Le projet, intitulé « 3D-Printed Dual-Banded High-Performance Concrete Floor », est dirigé par le Dr Masoud Akbarzadeh, professeur agrégé d’architecture et directeur du Polyhedral Structures Laboratory (PSL).

Le béton représente une part considérable des émissions mondiales de carbone, contribuant à hauteur d’environ 8 % des émissions totales en 2021. Or, alors que les besoins en logements et en infrastructures continuent de croître, la demande pour ce matériau fortement émetteur demeure élevée. Des efforts sont donc déployés pour décarboner le béton, notamment par l’utilisation de formulations plus écologiques, une utilisation plus efficiente du matériau et l’intégration de la capture du carbone dans son cycle de vie.

Le projet mené à Penn montre comment l’impression 3D robotisée et des paradigmes de conception innovants peuvent réduire l’impact environnemental des structures bâties grâce à une utilisation optimisée des matériaux et à un potentiel accru de carbonatation. Plus précisément, les chercheurs ont développé un système de plancher imprimé en 3D intégrant cinq éléments funiculaires assemblés au sein d’une structure légère avec post-tension à double bande. Cette approche permet de réduire le volume de béton de 40 %, d’augmenter la surface disponible pour la carbonatation de plus de 65 % et de diminuer les armatures de post-tension de 81 % (selon le manuel PTI), par rapport à une dalle conventionnelle en béton post-tensionné de 9 pouces d’épaisseur.

Un prototype de ce revêtement innovant a récemment été dévoilé à l’Université de Pennsylvanie. Cette structure de grande taille a été réalisée à l’aide d’un robot d’impression 3D à cinq axes. Construite sur une fondation conventionnelle, elle se compose de 24 segments imprimés et de quatre chapiteaux préfabriqués reliant le plancher à une série de quatre colonnes porteuses. Ces colonnes ont également été imprimées en 3D et sont chacune constituées de trois sections. Selon les chercheurs, l’enveloppe externe imprimée en 3D de chaque colonne agit comme un coffrage perdu, « enveloppant un béton coulé en place et des armatures conventionnelles afin de répondre aux exigences structurelles, de durabilité et réglementaires ».

« Nous venons d’ouvrir une nouvelle exposition à Pennovation, à l’Université de Pennsylvanie, présentant un système de plancher funiculaire imprimé en 3D qui établit un nouveau paradigme structurel », a déclaré le Dr Masoud Akbarzadeh sur LinkedIn. « Le système intègre une efficacité fondée sur la géométrie, la fabrication numérique et une post-tension modulaire à double bande afin de réduire de manière substantielle la quantité de matériaux utilisés, le carbone incorporé et la consommation d’énergie. La structure sera accessible au public pendant les six prochains mois. »