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Impression 3D dans la construction

L’effervescence liée à l’impression 3D dans la construction s’illustre non seulement par la publication de nombreux articles dans des revues spécialisées et scientifiques mais aussi par l’organisation de conférences, rencontres, séminaires ouverts à différents publics. On entend par impression 3D le fait de fabriquer des objets par dépôt successif de couches de matériau (ici de matériaux cimentaires tels que le mortier ou le béton). Cette fabrication est pilotée numériquement à partir de modèles CAO.

 

C’est dans ce contexte qu’a démarré en 2017 le programme de recherche de la Chaire GA « Innovation & Construction » porté par la titulaire de la Chaire, Aurélie Papon, Maître de Conférences depuis 2012 à l'INSA Toulouse, enseignante au département de Génie Civil et chercheur au Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC).

 

Compte tenu de l’hypermédiatisation de ce domaine, il a fallu dans un premier temps collecter, vérifier et trier les multiples informations disponibles (articles, brevets etc.). Cela a été l’objet d’un stage de recherche de 5 mois en 2017. En complément de ce stage, un groupe de quatre étudiants INSA de 4e année a testé deux formulations de béton dans le cadre du module d’initiation à la recherche.

 

 

Au vu de l’état de l’art aussi bien académique qu’industriel, il est apparu qu’une contribution dans le domaine numérique était nécessaire. En effet les aspects expérimentaux sont déjà abordés dans la littérature scientifique et les avancées dans le monde industriel sont essentiellement empiriques, mais la modélisation numérique de ce nouveau matériau et de sa mise en place reste encore à ses balbutiements.

 

L’intérêt de développer une modélisation numérique est double : elle permet de mieux comprendre les phénomènes en jeu et une fois validée, elle permet de tester rapidement la vitesse d’avancée de la buse, le débit d’écoulement du béton ou encore l’influence des variations de composition et ainsi d’optimiser les campagnes expérimentales en définissant au mieux les essais à réaliser, souvent longs et coûteux.

 

Pour qu’un béton soit imprimable, il y a plusieurs propriétés à garantir, notamment :

  • la constructibilité définie comme la capacité du béton imprimé à supporter le poids des couches supérieures sans déformation excessive des couches inférieures ;
  • l’extrudabilité définie comme la capacité du béton frais à pouvoir être extrudé aisément sous forme de filaments continus.

 

À la lumière de ces différentes remarques, il a été défini un sujet de contrat post-doctoral de 15 mois. L’objectif de ce dernier est de proposer une modélisation numérique de l’impression 3D qui permette de savoir a priori si le béton choisi est imprimable ou non. Ce contrat post-doctoral commencera au printemps 2018.

 

Parallèlement à ces actions internes au LMDC, Aurélie Papon a intégré le comité technique « Digital fabrication with cement-based materials » de la RILEM (Réunion Internationale des Laboratoires et des Experts Matériaux). Ce comité, qui se réunit 2 fois par an et dont l’objectif premier est de proposer un état de l’art complet, regroupe universitaires et industriels et permet d’initier des collaborations riches et variées.

 

L’impression 3D dans la construction n’est pas simplement un sujet à la mode, mais relève d’un enjeu économique certain, pouvant à terme bouleverser les modes de fabrication des éléments en béton, ouvrant de ce fait de perspectives nouvelles. Toutefois, les verrous scientifiques, dans la formulation et la mise en œuvre de ces matériaux notamment, représentent à ce jour un véritable défi pour la communauté scientifique et notamment universitaire. Ce sont bien les compétences de chacun qui permettront de développer des solutions viables et utiles à la société.

 

Contact : Aurélie Papon, papon @ insa-toulouse.fr