Banc imprimé par l’équipe du NTU partir d’un mélange de béton comprenant du verre recyclé (crédits photo : NTU Singapour)
Du plastique aux matières alimentaires, l’impression 3D fait régulièrement la démonstration de ses capacités ô combien prometteuses à répondre aux enjeux environnementaux en donnant une seconde vie à nos déchets. Les économies drastiques qu’elle permet d’obtenir à la fois sur la consommation de matériau en utilisant la juste quantité de matière, mais aussi en transport en s’affranchissant des contraintes géographiques, constituent un levier important dont de nombreux secteurs commencent à se saisir pour répondre à nos défis environnementaux.
La dernière initiative en date nous vient de Singapour où des chercheurs de l’Université technologique de Nanyang (NTU Singapour), mènent des travaux particulièrement intéressants sur l’utilisation de verre recyclé pour remplacer le sable dans l’impression 3D de béton. Une innovation à travers laquelle ses protagonistes cherchent à développer des matériaux de construction qui soient plus respectueux de l’environnement.
Bien sûr le choix du verre n’est pas anodin. Ce matériau offre l’avantage de pouvoir être recyclé à 100 % sans que ses propriétés ne soient altérées. L’autre atout de celui-ci, et non des moindres, est qu’il est hydrophobe, ce qui signifie que contrairement au sable, il nécessite très peu d’eau pour fabriquer du béton. Une propriété particulièrement intéressante quand on sait que chaque année la seule production de béton capte à elle seule près d’un dixième des ressources en eau du secteur industriel. Des qualités pourtant largement sous exploitées si on se réfère à son taux recyclage. Selon l’Agence nationale de l’environnement de Singapour, sur les 74 000 tonnes de déchets de verre produites à Singapour en 2021, seulement 13 % ont été recyclés. Le reste a été incinéré ou jeté dans une décharge.
« le verre recyclé peut être utilisé pour remplacer jusqu’à 100 % du sable dans le béton pour l’impression 3D »
Membres de l’équipe de recherche de la NTU (de gauche à droite) Lim Jian Hui, chercheur au Singapore Centre for 3D Printing, le professeur Tan Ming Jen, de l’école d’ingénierie mécanique et aérospatiale, (de gauche à droite, assis) Andrew Ting, chercheur au Singapore Centre for 3D Printing et Noel Tan, doctorant à l’école d’ingénierie mécanique et aérospatiale (crédits photo : NTU Singapour)
L’utilisation du verre dans le béton permettrait par ailleurs d’être moins dépendant au sable, un matériau de construction sujet à la pénurie, mais aussi très polluant dans son extraction. Pour mettre en oeuvre sa solution, l’équipe de chercheurs explique avoir imprimé un banc en forme de L. Professeur de l’école d’ingénierie mécanique et aérospatiale (MAE) de NTU, Tan Ming Jen explique la difficulté à trouver le bon dosage des matières premières : « Le principal défi dans la formulation de mélanges de béton imprimables en 3D est de déterminer la quantité de chaque composant à ajouter pour obtenir une structure solide avec un minimum de défauts. Notre équipe est parvenue à une formule réalisable, démontrant pour la première fois que le verre peut effectivement être utilisé pour imprimer en 3D un banc présentant une excellente intégrité structurelle. »
Pour imprimer ce banc dont on apprend qu’il mesure 40 cm de haut, l’équipe de chercheurs a mis au point avec un mélange comprenant un ciment classique, de l’eau, des additifs et du verre recyclé qui a été broyé en une variété de tailles allant de moyen à super fin. Les protagonistes ont par la suite entrepris plusieurs tests et analyses jusqu’à trouver la bonne formule. Quant à l’imprimante 3D utilisée, le choix s’est porté sur une machine à quatre axes disposant d’un volume de construction de 1,2 x 1,2 x 1 m. Les chercheurs mentionnent par ailleurs la nécessité d’un béton capable de répondre aux contraintes de l’impression 3D, c’est à dire suffisamment fluide pour s’écouler à travers la buse, tout en offrant la résistance suffisante pour supporter les superpositions de couches.
La prochaine étape pour les chercheurs du NTU consistera à affiner l’algorithme d’impression de leur béton durable afin de gagner en constance. Une collaboration serait également en cours avec une startup spécialisée dans le verre recyclé dénommée Soda Lemon, l’objectif étant d’imprimer en 3D des structures encore plus grandes. « Nos recherches ont montré que le verre recyclé peut être utilisé pour remplacer jusqu’à 100 % du sable dans le béton pour l’impression 3D. » Conclut Andrew Ting l’un des auteurs de l’étude. « Le résultat est un banc en béton dont la résistance mécanique répond aux normes industrielles acceptables.«
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