Composition des bétons imprimés en 3D - Substitution de composants issus des matières premières par des fines de briques

Abstract

A l’heure actuelle, les technologies d’impression 3D commencent à se démocratiser dans notre société. L’un des domaines où ce procédé se développe de manière continue est celui de la construction. Déjà de nombreux projets ont été réalisés grâce à l’impression 3D, notamment l’impression 3D des matériaux cimentaires. Cette technologie de rupture permet de faire de grandes économies de matière et pourrait, grâce à sa démocratisation, permettre de réduire considérablement les coûts des chantiers de construction. D'un autre côté, le milieu de la construction utilise toujours plus de ressources et de matières premières. Face aux enjeux environnementaux actuels, il est nécessaire d'agir pour préserver celles-ci. Encore aujourd'hui, l’exploitation des ressources et des matériaux reste sur un modèle "linéaire" (Extraction - Fabrication - Utilisation - Mise en décharge). Les pratiques tendent pourtant à évoluer vers des boucles d'économies circulaires où les matériaux issus des décharges sont mis à profit. On a donc deux problématiques, l'une concernant une technologie en devenir, l'autre propre à la pérennité de notre planète et de nos ressources. L'objet du travail est la combinaison de l'impression 3D et de la valorisation de ressources secondaires provenant du recyclage des déchets de construction et de démolition. Ici, la substitution du ciment contenu dans les compositions de mortiers imprimables par de la poudre de brique sera étudiée. Une composition témoin imprimable sera déterminée, puis des substitutions seront effectuées jusqu’à 35% en masse. L’étude a été réalisée dans un premier temps sur des mortiers coulés. A l’état frais, des essais de temps de prise et d’étalement ont été réalisés, cela dans le but de caractériser la rhéologie du mortier. En effet, celui-ci doit être suffisamment fluide pour être mis en oeuvre dans l’imprimante, mais suffisamment ferme pour tenir en place une fois imprimé. A l’état durci, des mesures de flexion/compression et d’absorption par immersion ont également été menées. Les essais montrent que l’incorporation des fines de briques ne modifie que très légèrement le comportement rhéologique du mortier, celui-ci ayant tendance à devenir plus maniable. Le temps de prise est faiblement impacté, devenant plus important lorsque le taux de substitution augmente. A l’état durci, cette substitution tend à diminuer de manière importante les résistances en flexion/compression. Néanmoins, le mortier présente des performances de base élevées et cette diminution ne met pas en péril la solidité du matériau imprimé. L’absorption d’eau augmente lorsque le taux de substitution augmente. Cela veut dire que l’intégration des fines implique une plus grande porosité du matériau. Tous les essais permettant de déterminer si le mortier dispose des caractéristiques rhéologiques pour être imprimable n’ont pas été réalisés. On peut néanmoins estimer que, si la composition témoin respecte les critères d’imprimabilité, l’ajout de fines de briques, au vu des résultats mentionnés, pourrait être possible.