3DFORMWORKS
Impression 3D de coffrages permanents en encres cimentaires « bas carbone » pour la réalisation de pièces de forme complexe dans le domaine du BTP et du réfractaire en alternative à la technique conventionnelle par moulage
- Contexte et objectifs
La fabrication additive, ou impression 3D, s’est développée très rapidement dans de nombreux secteurs industriels comme l’aéronautique, l’automobile, la médecine … Des polymères, des métaux, des céramiques peuvent être imprimés en 3D pour réaliser de façon très rapide des prototypes de forme complexe, adaptés à un usage spécifique à l’utilisateur. Depuis plusieurs années, des expérimentations ont été engagées pour appliquer la fabrication additive au domaine de la construction, notamment en développant l’impression 3D des matériaux cimentaires, essentiellement des mortiers ou des pâtes. Plusieurs projets ou réalisations ont déjà vu le jour et le procédé a également désormais percé dans le secteur industriel. L’implémentation concrète de l’impression 3D dans la construction est cependant encore modeste car plusieurs verrous restent à lever pour que cette technologie puisse se développer. Deux verrous importants freinent notamment encore ce développement :
- Les mortiers imprimés sont pour le moment essentiellement non armés, ce qui empêche la réalisation d’éléments fléchis et/ou tendus. Une solution pour contourner cette difficulté consiste à utiliser les avantages de l’impression 3D (grande liberté de forme, économie de matière, …) pour réaliser des coffrages permanents qui peuvent ensuite être armés et remplis de béton conventionnel pour réaliser des éléments de structure.
- Les encres cimentaires imprimables consomment de grandes quantités de sable naturel et possèdent des dosages en liants très élevés. Même si le procédé permet une économie de matière, l’impact environnemental du béton imprimé reste élevé. Une solution pour réduire ce dernier consiste d’une part à remplacer le sable naturel par du sable recyclé et d’autre part à réduire la quantité de ciment dans les encres en substituant une partie de ce dernier par des additions minérales de plus faible impact environnemental.
Pour lever les deux verrous précédents, le projet européen Interreg France Wallonie Flandres 3DFORWORKS vise à développer des solutions pour la réalisation de « Coffrages permanents imprimés 3D en encres cimentaires bas carbone pour la confection de pièces de forme complexe dans le domaine du BTP et du réfractaire ».
- Travaux réalisés au laboratoire LaMé
Les travaux menés au laboratoire LaMé dans le cadre du projet 3DFORMWORKS ont pour objectif principal de développer des encres cimentaires bas carbone dans lesquelles la totalité du sable naturel sera remplacée par du sable recyclé (en valorisant les résultats du projet Interreg Nord-Ouest Europe CIRMAP) et en substituant une part importante du ciment par des additions minérales moins pénalisantes en matière de bilan carbone. Une attention particulière sera portée aux aspects méthodologiques afin que la démarche de formulation puisse être ensuite transposée à la valorisation d’additions minérales de différentes natures. En particulier, on cherchera à optimiser la phase liante à la fois du point de vue granulaire de manière à minimiser la quantité d’eau nécessaire à l’obtention des critères de maniabilité et à la fois du point de vue de l’adjuvantation. Ces travaux seront réalisés dans le cadre d’une thèse (démarrage novembre 2024) qui sera réalisée en partenariat entre le laboratoire LaMé de l’université d’Orléans et le CERI Matériaux et Procédés de l’IMT Nord Europe.