L'impression 3D promet de transformer l'architecture pour toujours

Directeur de l'Institute for Smart Structures, Université du Tennessee

James Rose ne travaille pas, ne consulte pas, ne détient pas d'actions ni ne reçoit de financement d'une entreprise ou d'une organisation qui bénéficierait de cet article, et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.

L'Université du Tennessee fournit un financement en tant que membre de The Conversation US.

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En architecture, les nouveaux matériaux apparaissent rarement.

Pendant des siècles, le bois, la maçonnerie et le béton ont constitué la base de la plupart des structures sur Terre.

Dans les années 1880, l’adoption de la charpente en acier a changé à jamais l’architecture. L’acier a permis aux architectes de concevoir des bâtiments plus hauts avec des fenêtres plus grandes, donnant ainsi naissance aux gratte-ciel qui définissent aujourd’hui l’horizon des villes.

Depuis la révolution industrielle, les matériaux de construction se limitent largement à une gamme d’éléments produits en série. Des poutres en acier aux panneaux de contreplaqué, ce kit de pièces standardisé oriente la conception et la construction de bâtiments depuis plus de 150 ans.

Cela pourrait bientôt changer avec les progrès de ce que l’on appelle la « fabrication additive à grande échelle ». Depuis l’adoption de la charpente en acier, aucun développement n’a eu autant de potentiel pour transformer la façon dont les bâtiments sont conçus et construits.

La fabrication additive à grande échelle, comme l’impression 3D de bureau, implique la construction d’objets couche par couche. Qu'il s'agisse d'argile, de béton ou de plastique, le matériau d'impression est extrudé à l'état fluide et durcit pour prendre sa forme finale.

En tant que directeur de l'Institute for Smart Structures de l'Université du Tennessee, j'ai eu la chance de travailler sur une série de projets qui déploient cette nouvelle technologie.

Même s’il existe encore certains obstacles à l’adoption généralisée de cette technologie, je peux entrevoir un avenir dans lequel les bâtiments seront entièrement construits à partir de matériaux recyclés ou de matériaux provenant du site, avec des formes inspirées des géométries de la nature.

Parmi ceux-ci se trouve le Pavillon Trillium, une structure à ciel ouvert imprimée à partir de polymère ABS recyclé, un plastique couramment utilisé dans une large gamme de produits de consommation.

Les surfaces fines et doublement incurvées de la structure ont été inspirées par les pétales de la fleur du même nom. Le projet a été conçu par des étudiants, imprimé par Loci Robotics et construit dans le parc de recherche de l'Université du Tennessee à Cherokee Farm à Knoxville.

D'autres exemples récents de fabrication additive à grande échelle incluent Tecla, un prototype d'habitation de 450 pieds carrés (41,8 mètres carrés) conçu par Mario Cucinella Architects et imprimé à Massa Lombarda, une petite ville d'Italie.

Les architectes ont imprimé Tecla à partir d'argile provenant d'une rivière locale. La combinaison unique de ce matériau peu coûteux et de la géométrie radiale a créé une forme de logement alternatif économe en énergie.

Aux États-Unis, le cabinet d'architecture Lake Flato s'est associé à la société de technologie de construction ICON pour imprimer les murs extérieurs en béton d'une maison surnommée « House Zero » à Austin, au Texas.

La maison de 2 000 pieds carrés (185,8 mètres carrés) démontre la rapidité et l'efficacité du béton imprimé en 3D, et la structure affiche un contraste agréable entre ses murs curvilignes et sa charpente en bois apparente.

La fabrication additive à grande échelle implique trois domaines de connaissances : la conception numérique, la fabrication numérique et la science des matériaux.

Pour commencer, les architectes créent des modèles informatiques de tous les composants qui seront imprimés. Ces concepteurs peuvent ensuite utiliser un logiciel pour tester la manière dont les composants réagiront aux forces structurelles et ajuster les composants en conséquence. Ces outils peuvent également aider le concepteur à comprendre comment réduire le poids des composants et automatiser certains processus de conception, tels que le lissage d'intersections géométriques complexes, avant l'impression.

Un logiciel appelé slicer traduit ensuite le modèle informatique en un ensemble d'instructions pour l'imprimante 3D.

Vous pourriez supposer que les imprimantes 3D fonctionnent à une échelle relativement petite – pensez aux étuis de téléphone portable et aux porte-brosses à dents.