Des chercheurs ont inventé un modèle de structure en béton 63 % plus résistant aux fissures

Selon l’Association mondiale du ciment et du béton (GCCA), environ 14 milliards de mètres cubes de béton sont coulés chaque année. Si ce matériau est le plus utilisé au monde, c’est surtout en raison de ses nombreux avantages, pour ne citer que sa durabilité et sa longévité. Et pourtant, il est particulièrement polluant, dans la mesure où 1 m³ de béton émet l’équivalent de 200 kg de CO2, et il a tendance à se fissurer. En France, par exemple, de nombreuses maisons se fissurent, entre autres à cause des mouvements de terrain liés à la sécheresse. Si vous regardez attentivement les structures conçues à partir de ce matériau autour de vous, vous constaterez qu’aucune d’entre elles n’est à l’abri d’une fissure. C’est une de ses principales faiblesses, et c’est pourquoi les chercheurs du Princeton Engineering ont développé une technologie de fabrication additive et une conception à double structure Bouligand en vue d’améliorer sa résistance.

Une conception à double structure Bouligand

Les chercheurs se sont inspirés des écailles du poisson cœlacanthe et leur structure à double hélice ou double structure Bouligand. Selon eux, celle-ci serait composée de faisceaux de fibrilles de collagène disposés en feuillets parallèles, couplés chacun à une seconde de couche de fibrilles orientées perpendiculairement au feuillet situé en dessous pour former une unité bicouche orthogonale. Une disposition qui favorise la déflexion des fissures pour éviter une rupture fragile. Ils ont étudié les avantages de cette structure et ont conçu une technologie de fabrication additive du béton, afin d’imiter respectivement l’agencement des faisceaux de fibrilles de collagène et la matrice protéique des écailles de ce poisson.

Ils ont indiqué que jusqu’à présent, aucune recherche n’avait été effectuée sur ce type de technologie qui s’avère être efficace pour améliorer la résistance à la fissure du béton. Les chercheurs Princeton Engineering affirment que la conception à double structure Bouligand présente une résistance à la fracture améliorée et une courbe R ascendante. « Nous émettons l’hypothèse que le blindage bicouche contre les fissures dans le béton architecturé à double structure Bouligand entraîne une augmentation significative de la résistance à la fracture », ont-ils souligné dans une étude publiée sur le site Nature Communications.

Fabrication additive robotisée

Pour améliorer les propriétés du béton, ces chercheurs ont développé un processus de fabrication additive robotisée à deux composants. Ils ont utilisé différents schémas de conception pour combiner de nombreuses piles de brins dans des formes fonctionnelles plus grandes, telles que des poutres. Grâce à cette technique, l’agencement interne du matériau est défini, conçu et contrôlé de manière ciblée. Cela leur permet, entre autres, de contrôler la composition et l’architecture du béton, ainsi que ses propriétés mécaniques qui sont, d’après eux, difficiles à obtenir avec les méthodes de moulage conventionnelles. « Avec des technologies de traitement modernes telles que la fabrication additive robotisée, l’architecture (méso) du matériau peut être définie directement et, à son tour, déterminer les propriétés et les performances du matériau », ont-ils ajouté.

Un béton plus solide

Les chercheurs du Princeton Engineering, dirigés par Reza Moini (professeur adjoint de génie civil et environnemental), affirment donc que grâce à cette nouvelle technique, il est tout à fait possible d’avoir un matériau plus solide. Selon eux, la conception à double hélice a augmenté la résistance aux fissures jusqu’à 63 % par rapport au béton coulé conventionnel. « Elle repose sur une combinaison de mécanismes qui peuvent soit empêcher les fissures de se propager, soit imbriquer les surfaces fracturées, soit dévier les fissures d’une trajectoire rectiligne une fois qu’elles sont formées », précise le professeur Moini. Le béton obtenu n’a plus une faible ténacité à la fracture et une faible résistance à la traction et son application n’est donc plus limitée. Que pensez-vous de ces travaux sur la résistance du béton ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .