Le béton demeure encore aujourd'hui le matériaumatériau prédominant pour la constructionconstruction de maisons, de ponts ou d'autres infrastructures. Sauf que le béton, c'est très polluant. Selon l'Agence internationale de l'énergieénergie, la fabrication de béton est responsable à elle seule de 7 % des émissionsémissions de gaz à effet de serregaz à effet de serre mondiales. Et c'est sans compter le transport des matériaux, par nature très lourds et encombrants.

Faire appel aux ressources locales

Pour répondre à ce problème, les chercheurs de l'université A&M du Texas (États-Unis) ont développé un matériau durable à base de n'importe quelle sorte de terre et qui serait utilisable dans l’impression 3D de bâtiments. « L'impact environnemental de l'industrie de la construction est une question de plus en plus préoccupante, estime Sarbajit Banerjee, le responsable du projet. La fabrication additive a commencé à transformer ce secteur en matièrematière de réduction des déchetsdéchets et de vitessevitesse de construction, mais les matériaux utilisés dans le processus doivent également être durables », insiste le chercheur. « Historiquement, les humains ont toujours eu l'habitude de construire avec des matériaux d'origine locale, comme le pisé », confirme Aayushi Bajpayee, étudiant du laboratoire de Banerjee.

Les scientifiques de l’université A&M du Texas ont développé une méthode pour imprimer des structures en 3D avec de la terre locale. © Aayushi Bajpayee

Une méthode pour rendre l’argile deux fois plus solide

Les chercheurs sont partis d'argileargile prélevée dans des échantillons de sol du jardin d'un collègue. C'est en effet l'argile qui donne au sol sa consistance plastique que l'on recherche dans l'impression 3Dimpression 3D. Sauf qu'il ne suffit pas d'obtenir un matériau moulable. Il faut aussi que le mélange soit suffisamment solidesolide pour résister au poids des couches mais aussi à celui d'autres éléments utilisés dans la construction comme les barres d'armaturearmature en métalmétal ou les matériaux isolants. Pour renforcer la robustesse, les couches microscopiques superficielles de l'argile ont donc été « zippées » avec un additif non toxique appelé chlorure d'azanium carboxyméthyle triméthyle (CTAC), un sous-produit de la transformation de la betterave sucrière. Cette étape empêche l'argile d'absorber l'eau et de se dilater, ce qui serait assez problématique dans un bâtiment. Grâce à cette méthode, les chercheurs ont montré que le matériau pouvait supporter deux fois plus de poids que le mélange d'argile non modifié. Des particules de silicatesilicate de sodiumsodium et des fibres de cellulosecellulose ont également été ajoutées pour lier le mélange et produire un matériau pouvant facilement être extrudé dans une buse d'imprimante 3D.

Construire des habitats sur Mars

« La nature du sol étant très variable d'une région à une autre, l'idée est de développer une "boîte à outils chimique" capable de transformer n'importe quelle terre en matériau de construction imprimable », explique Sarbajit Banerjee. En ajustant la qualité de chaque ingrédient, il est ainsi possible d'utiliser un bout de son jardin pour construire une maison 3D solide et écologique. Cette technologie est ainsi censée éliminer le coût énergétique du béton mais aussi le transport des matériaux sur le lieu de construction.

Au-delà des maisons écolos, Sarbajit Banerjee suggère également que cette technologie pourrait permettre de construire des routes dans des endroits isolés ainsi que des habitations sur d'autres planètes. L'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA) et la NasaNasa s'intéressent par exemple à l'impression 3D pour bâtir des habitats sur Mars ou sur la LuneLune à partir des roches de régolitherégolithe que l'on trouve à la surface.

Impression 3D : la tourbe, clé des maisons bon marché ?

Article de Marc ZaffagniMarc Zaffagni publié le 12/07/2018

Des scientifiques estoniens ont créé un matériau semblable à du béton fabriqué principalement à partir de tourbe moulue et de cendres de schiste bitumineuxschiste bitumineux. Utilisable avec une imprimante 3D, celui-ci pourrait permettre de faire baisser drastiquement le coût de construction d'une maison.

Diviser par dix le coût de fabrication d'une maison individuelle, c'est la promesse faite par une équipe de chercheurs de l'université de Tartu et de l'université des Sciences de la vie, en Estonie. Ils ont créé un matériau de construction à partir d'un mélange de tourbe moulue et de cendres de schiste bitumineux qui peut être travaillé avec une imprimante 3D (voir l'article scientifique paru dans Sustainable Materials and Technologies).

Présente en grande quantité en Estonie, la tourbe n'est pas utilisée en construction car elle pose un problème de séchage. C'est précisément cet aspect sur lequel les chercheurs ont travaillé. Ils ont eu l'idée de mélanger la tourbe à des cendres de schiste bitumineux (7 millions de tonnes par an dans le pays) dont la teneur élevée en pH s'avère idéale pour les matériaux de construction.

Un matériau étanche et un bon isolant thermique

Au contact des acidesacides humiques que contient la tourbe, les cendres de schiste bitumineux absorbent le dioxyde de carbonedioxyde de carbone. S'ensuit une réaction chimiqueréaction chimique qui transforme le mélange en béton. La mixture est complétée par l'adjonction de fumée de silicesilice qui, selon les chercheurs, améliore la qualité du produit final. Le temps de prise est de 24 heures.

Au final, on obtient un matériau qui est à la fois étanche et un bon isolant thermique et phonique. En prime, celui-ci est non-inflammable. Selon les calculs des chercheurs, le coût pour la construction des murs d'enceinte d'une maison imprimée en 3D à partir de ce matériau avec une surface de plancher de 100-150 m² pourrait être d'environ 5.000 euros. On attend avec intérêt de voir les premiers exemples de construction avec cette technique.