Impression 3D béton

Ce chapitre décrit les étapes générales du processus d’impression 3D, explore les applications actuelles de l’impression béton et mortier, en mettant l’accent sur les matériaux utilisés et les alternatives aux matériaux cimentaires classiques. Enfin, plusieurs classifications sont présentées pour situer les procédés d’impression dans le domaine de la fabrication du béton imprimé.

Ce chapitre explore la diversité des procédés d’impression par extrusion-dépôt, offrant un aperçu des nombreuses possibilités. Une attention particulière est accordée aux matériaux cimentaires à l’état frais, afin de comprendre leur comportement depuis le mélange initial jusqu’à l’évolution de la structure imprimée durant les premières heures et jours suivant l’impression.

Contrairement au béton coulé traditionnel, le béton imprimé en 3D impose des exigences spécifiques à l’état frais et un comportement mécanique anisotrope plus complexe à l’état durci. Ce chapitre présente un aperçu des caractérisations nécessaires aux trois phases d’un projet d’impression : formulation du matériau, phase d’impression avec contrôle qualité, et phase d’utilisation pour caractériser le comportement mécanique.

Ce chapitre explore les procédés d’impression 3D alternatifs à l’extrusion en présentant les techniques les plus documentées et les plus récentes. L’objectif principal de ce chapitre de synthèse est de mettre l’accent sur les forces et les limites actuelles des techniques de fabrication additive alternatives appliquées aux matériaux cimentaires.

Le béton reste un matériau performant en compression et peu performant en traction, quelle que soit la formulation choisie. L’impression 3D permet aux ingénieurs de jouer sur la forme pour profiter des qualités du béton. Ce chapitre montre que la forme de la structure est un levier d’optimisation structurelle évident et que l’impression 3D offre une liberté formelle plus grande que les procédés constructifs traditionnels, et semble donc permettre d’aboutir à des conceptions plus efficaces et économes en matériau de construction.

Ce chapitre rappelle tout d’abord l’histoire et les technologies de renforcement des ciments et bétons afin de mieux comprendre les mécanismes en jeu. Dans une seconde partie, un point est fait sur les initiatives concernant l’impression 3D, avec un focus particulier sur une technologie originale de renforcement des mortiers par fibres longues et continues.

Ce chapitre dresse un état de l’art des outils numériques et des approches de modélisation utilisées pour modéliser le procédé d’impression 3D béton. La phase de dépôt du filament et la stabilité de la structure en cours d’impression sont ici étudiées. Des méthodologies d’optimisation du procédé sont présentées ainsi qu’une analyse probabiliste prenant en compte la variabilité du matériau et la précision du dépôt.

Ce chapitre présente une méthodologie pour évaluer l’impact environnemental de l'impression 3D béton via l’analyse du cycle de vie (ACV), en distinguant l’effet du matériau de celui du procédé et en intégrant la résolution de l’impression. Malgré des économies potentielles de matière, les gains environnementaux à l’échelle du système constructif ne sont pas garantis. Une analyse est présentée permettant d’évaluer la pertinence environnementale des procédés d’impression.