Parmi les matériaux de construction utilisés aujourd’hui, le béton est clairement le plus employé. Rien qu’en Suisse, environ
41 millions de tonnes de béton sont utilisés chaque année. Un mètre cube pèse environ 2,4 tonnes et se compose d’environ 60 % de gravier et d’un quart de sable, le reste étant de l’eau et du ciment. Selon les estimations, environ deux tonnes de béton sont actuellement produites par Terrien et par an. Les stocks de gravier et de sable des gravières et des rivières ne cessent de diminuer. L’une des façons de s’en sortir est de se tourner vers les dépôts de sable sur les fonds marins et les plages. Cependant, comme cette extraction est problématique, de nombreux pays ont émis des interdictions. Le sable du désert, qu’il y a en suffisance, est trop meuble et poli; il ne convient à la production conventionnelle de béton que sous certaines conditions.
Une alternative est la construction de décombres: aujourd’hui, le vieux béton est déjà broyé en sable et en gravier et remélangé. Mais pour que ce béton dure aussi bien que le nouveau, les experts disent qu’il faut environ dix pour cent de ciment en plus.

Économiser du matériel

Comment la numérisation et les nouveaux procédés de fabrication peuvent-ils aider à développer des matériaux pour un emploi plus économique: cet exemple, le plafond léger de la maison DFAB de plate-forme de recherche sur le territoire de l’Empa et Eawag à Dübendorf le démontre. Le lien entre l’étage de l’entrée et un bâtiment en bois de deux étages forme un toit, qui ne pèse que 15 tonnes, il est donc même deux fois moins lourd qu’une dalle de béton conventionnelle. Il repose sur un total de onze segments communs de béton et, au point le plus mince, n’a qu’une épaisseur de 20 millimètres. La dalle de sol légère de 80 mètres carrés est le premier projet architectural, à échelle réelle, à utiliser la pression du sable en 3D pour son coffrage. Au total, environ 180 éléments de coffrage ont été utilisés. Pour faciliter le transport et réduire les coûts d’impression, les différents éléments de coffrage avaient chacun la taille d’une palette.

Utilisation de procédés numériques

Produite par un groupe de recherche de l’ETH Zurich, la dalle de béton a été réalisée grâce à une séquence de processus numériques, de la conception à la fabrication du coffrage par impression 3D. Les chercheurs ont développé un nouveau logiciel de planification pour produire les éléments de coffrage. À l’aide de ce logiciel, la géométrie de la dalle a été conçue de manière à ce qu’en raison des forces qui agissent sur elle, il n’y ait en chaque point que la quantité de béton nécessaire sur le plan structurel. En les regardant, on remarque des cavités et des ornements qui, d’une part, sont directement liés aux forces en présence. D’autre part, les structures améliorent l’acoustique de la salle et contribuent à l’expression architecturale.
Le plafond n’a pas été dessiné comme d’habitude, mais programmé. La conception assistée par ordinateur permet de modéliser et d’optimiser les segments de plafond sur l’écran. Le processus de fabrication numérique qui suit, utilisant l’impression 3D, fournit les éléments de coffrage nécessaires; ils sont une sorte de grès artificiel. Les avantages par rapport à un procédé d’impression sur béton sont que l’on peut utiliser du béton renforcé de fibres à haute performance.

Surveiller le comportement à long terme

La fabrication numérique offre aujourd’hui des méthodes pour de nouvelles conceptions et une construction accélérée. Ce faisant, on crée des structures dont les propriétés et le comportement à long terme ne sont pas facilement prévisibles à l’aide des méthodes conventionnelles. Les professeurs Eleni Chatzi et Andreas Wieser du département de génie civil, environnemental et géomatique de l’EPF de Zurich utilisent donc des méthodes et des instruments de mesure appropriés pour quantifier et documenter la stabilité et la qualité à long terme. D’une part, des capteurs sans contact tels que les scanners laser 3D et les laser traçants sont utilisés pour la surveillance des déformations éventuelles. D’autre part, des capteurs à fibres optiques intégrés suivent le flux de force à travers la structure. Ce sont des capteurs déjà connus pour l’assurance qualité dans la construction des ponts. Ces capteurs ont été encastrés dans la dalle légère avant le bétonnage et mesurent la contrainte en différents points. Ce type de surveillance vise à fournir des informations sur la manière dont les contraintes et les forces qui se produisent dans les éléments du plafond sont redistribuées, le cas échéant. De cette manière, les points faibles peuvent être identifiés, le processus de fabrication et la conception peuvent être améliorés. L’objectif est de tester et, au mieux, de confirmer l’adéquation du processus de fabrication à l’utilisation quotidienne dans le domaine de la construction.

Réduire les émissions de CO2

Bien que le plafond léger puisse encore avoir un effet expérimental sur le visiteur, il a une signification pratique. Le béton étant bon marché et disponible en abondance, la tentation est grande de le gaspiller. Le nouveau processus de production permet toutefois de préserver les ressources et de créer des composants dont la stabilité nécessaire est obtenue avec beaucoup moins de matériaux. Le potentiel de préservation des ressources et de l’environnement est remarquable si l’on considère que chaque maison individuelle, construite en dur, utilise environ 100 tonnes de béton.

Construire plus léger, c’est économiser les ressources

Benjamin Dillenburger, professeur de technologies numériques de la construction à l’ETH Zurich, considère également le nouveau processus numérique comme un point de départ pour d’autres applications. Il s’agit notamment de la production de formes complexes telles que les escaliers tournants. La construction de coffrages assistée par ordinateur produirait moins de déchets par rapport à aujourd’hui et simplifierait en même temps l’étape la plus exigeante en main-d’œuvre dans la construction en béton. Il continue de réfléchir: « Avec des plafonds plus fins, nous pourrions éventuellement augmenter le nombre d’étages dans les bâtiments à plusieurs étages de même hauteur de construction .» Le nouveau procédé de fabrication est généralement conçu pour faciliter la construction à l’avenir. Les processus numériques pourraient donc contribuer à réduire les besoins en ressources et à protéger l’environnement.