Innovations dans le Béton Imprimé en 3D : L’Impact des Nanofibrilles de Cellulose
Une équipe de recherche dirigée par des ingénieurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie a été la première à examiner comment un nouveau matériau d’origine végétale, les nanofibrilles de cellulose, pourrait renforcer les avantages de la technologie du béton imprimé en 3D.
Vers une Construction Durable
Osman E. Ozbulut, professeur au Département de génie civil et environnemental, a déclaré : « Les améliorations que nous avons observées tant en termes d’imprimabilité que de mesures mécaniques suggèrent qu’incorporer des nanofibrilles de cellulose dans des matériaux imprimables commercialement pourrait conduire à des pratiques de construction plus résilientes et respectueuses de l’environnement dans un avenir proche. » Les résultats de cette recherche seront publiés dans le numéro de septembre 2024 de Cement and Concrete Composites.
Les Avantages du Béton Imprimé en 3D
Les bâtiments en béton imprimé en 3D représentent une tendance prometteuse dans le secteur du logement, offrant de nombreux avantages : une construction rapide et précise, la possibilité d’utiliser des matériaux recyclés, une réduction des coûts de main-d’œuvre et moins de déchets, tout en permettant des conceptions complexes que les méthodes traditionnelles peinent à réaliser.
Le processus utilise une imprimante spécialisée qui dépose un mélange semblable à du ciment en couches pour construire la structure, guidée par un logiciel de conception assistée par ordinateur. Cependant, les options de matériaux imprimables restent limitées, et des questions subsistent quant à leur durabilité et leur durabilité.
Défis Techniques à Surmonter
« Nous faisons face à des objectifs contradictoires », a expliqué Ozbulut. « Le mélange doit bien s’écouler pour une fabrication fluide, mais il doit également durcir en un matériau stable avec des propriétés critiques, telles qu’une bonne résistance mécanique, une liaison inter-couches efficace et une faible conductivité thermique. »
Le Potentiel des Nanofibrilles de Cellulose
Les nanofibrilles de cellulose, dérivées de la pulpe de bois, constituent un matériau renouvelable et à faible impact. Comme d’autres dérivés de fibres végétales, les CNF, comme on les appelle dans l’industrie, montrent un potentiel considérable en tant qu’additif pour améliorer la rhéologie — le terme scientifique désignant les propriétés d’écoulement — et la résistance mécanique de ces composites.
Une Étude Pionnière
Jusqu’à l’étude minutieuse menée par l’équipe de l’UVA dans le laboratoire d’Ozbulut, l’impact des CNF sur les composites imprimés en 3D traditionnels n’était pas clairement établi. « Actuellement, beaucoup d’essais et d’erreurs sont nécessaires pour concevoir des mélanges », a-t-il ajouté. « Nous répondons à la nécessité d’une science plus rigoureuse pour mieux comprendre les effets des différents additifs afin d’améliorer les performances des structures imprimées en 3D. »
Résultats Prometteurs
En expérimentant avec différentes quantités d’additifs CNF, l’équipe, dirigée par Ozbulut et Ugur Kilic, ancien doctorant de l’UVA, a découvert qu’ajouter au moins 0,3 % de CNF améliorait considérablement les performances d’écoulement. L’analyse microscopique des échantillons durcis a révélé une meilleure liaison des matériaux et une intégrité structurelle accrue.
De plus, lors de tests supplémentaires dans le laboratoire d’Ozbulut, les composants imprimés en 3D enrichis en CNF ont également montré une résistance remarquable à la traction, à la flexion et à la compression.
