L'ETH Zurich développe FoamWork pour réduire l'utilisation du béton dans les bâtiments

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont utilisé des éléments de coffrage imprimés en 3D à base de mousse minérale recyclable pour créer une dalle en béton préfabriqué, qui, selon eux, est plus légère et mieux isolée tout en utilisant 70 % de matériau en moins.

Le système, connu sous le nom de FoamWork, consiste en un moule rectangulaire conventionnel rempli de 24 éléments de coffrage minéraux de différentes formes et tailles avant que le béton ne soit coulé autour d'eux et laissé durcir, créant ainsi des cellules creuses dans tout le panneau.

La géométrie interne résultante a été optimisée pour renforcer la dalle le long de ses principales lignes de contrainte, créant ainsi la résistance nécessaire tout en réduisant considérablement la quantité de béton nécessaire à sa production.

Si elle est adoptée à grande échelle, l'architecte Patrick Bedarf estime que cela pourrait contribuer à réduire l'empreinte carbone de la construction et en particulier du ciment, qui est le plus grand émetteur de CO2 au monde.

"La construction contribue de manière significative aux émissions de CO2, la production de ciment étant à elle seule responsable de 7 pour cent des émissions mondiales", a déclaré Bedarf, chercheur au département Digital Building Technologies (DBT) de l'ETH Zurich.

"Avec FoamWork, les émissions dues à la consommation de matériaux seraient réduites dans la dalle en béton. La masse inférieure aurait également des effets secondaires sur le dimensionnement de l'ensemble de la structure porteuse et réduirait les efforts de transport et de manutention sur les chantiers de construction."

Les éléments de coffrage eux-mêmes sont imprimés en 3D par un bras robotique autonome utilisant de la mousse minérale, traditionnellement fabriquée à partir de ciment moussant et de plus en plus utilisée comme matériau isolant dans la construction en raison de sa porosité élevée.

Pour éviter les émissions liées à la production de ciment, le système FoamWork utilise une alternative développée par la start-up suisse FenX, à base d'un déchet des centrales électriques au charbon appelé cendres volantes.

Cela permet de minimiser l'empreinte carbone de la mousse, affirme l'entreprise, même en tenant compte des émissions associées à la combustion du charbon.

Les éléments FoamWork finaux peuvent être laissés en place pour améliorer l'isolation de la dalle en béton préfabriqué ou recyclés et réimprimés pour créer un nouveau coffrage.

Étant donné qu’aucune chute n’est créée dans le processus de fabrication additive, cela signifie que l’ensemble du système a le potentiel d’être zéro déchet.

"Actuellement, les géométries de coffrage personnalisées sont très coûteuses à produire ou tout simplement impossibles", a déclaré Bedarf à Dezeen.

"Des coffrages creux en plastique peuvent être utilisés pour réduire le béton en grandes dalles standardisées et, pour des applications plus petites non standardisées, des coffrages complexes pour le béton sont construits manuellement en bois ou découpés CNC à partir de mousses plastiques denses", a-t-il ajouté.

"Les deux approches nécessitent beaucoup de main d'œuvre et gaspillent beaucoup de matériaux en raison des copeaux et des chutes."

La géométrie interne du panneau de béton a été optimisée pour sa forme particulière, inspirée par la manière dont l'architecte italien Pier Luigi Nervi a développé dans les années 1940 des dalles de plancher nervurées le long de leurs principales lignes de contrainte.

Mais la forme et la configuration des cellules internes pourraient être personnalisées pour créer une gamme d'éléments de construction en béton, des murs aux toits entiers.

Dans le but de réduire son empreinte carbone démesurée, la Global Cement and Concrete Association s’est récemment engagée à atteindre zéro émission nette d’ici 2050.

Pour y parvenir, l’industrie s’efforce de trouver des substituts au clinker – l’ingrédient du ciment le plus émetteur de carbone – et utilise des technologies de captage du carbone pour éliminer les émissions créées lors du processus de production du clinker.

Il s’agit actuellement de brûler du carbonate de calcium à haute température pour séparer le calcium nécessaire à la création du ciment du carbone rejeté dans l’atmosphère.

En attendant que ces types d’innovations puissent être adoptés à grande échelle, le moyen le plus simple pour les architectes de minimiser l’empreinte carbone intrinsèque de leurs bâtiments en termes de matériaux et de construction est d’utiliser des matériaux à haute teneur en carbone tels que le béton et l’acier avec plus de parcimonie et d’efficacité.