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Quelles innovations concr猫tes fa莽onnent l鈥檃venir ?
12 mars 2024
La substance synth茅tique la plus utilis茅e sur la plan猫te a 茅volu茅 au cours des mill茅naires, mais la prochaine d茅cennie d鈥檌nnovations sera essentielle pour que l鈥檌ndustrie atteigne ses ambitieux objectifs de durabilit茅, rapporte Mitchell Keller.
芦 Quand les gens me demandent ce que je fais, ma r茅ponse est : "Avez-vous vu Les Pierrafeu ?" 禄, explique Joel Galassini, vice-pr茅sident ex茅cutif de la division ciment commercial de Cemex, une entreprise de mat茅riaux de construction bas茅e au Mexique.
Les Pierrafeu est un dessin anim茅 am茅ricain des ann茅es 1960 se d茅roulant dans un 芒ge de pierre romanc茅.
Sa r茅ponse ironique sugg猫re que le secteur dans lequel il travaille est d茅mod茅.
芦 Je me d茅cris comme un dessin anim茅 de l鈥櫭e de pierre, mais nous avons tellement de gens qui sont les Jetson 禄, ajoute-t-il.
Les Jetsons 茅taient les personnages principaux d'une autre com茅die anim茅e am茅ricaine (simplement appel茅e Les Jetsons) des ann茅es 60, qui suivait une famille dans un d茅cor id茅alis茅 du futur.
Un secteur en pleine 茅volution
Juste au-dessus de l'茅paule de Galassini, pendant qu'il raconte cette anecdote, se trouve le South Lot du Las Vegas Convention Center, rempli 脿 ras bord d'茅quipements de construction sophistiqu茅s, de technologies et de sciences de pointe expos茅s pour World of Concrete 2024.
Cela a pris du temps, a d茅clar茅 le vice-pr茅sident de Cemex, mais il estime que l'industrie du b茅ton fait des pas de g茅ant vers l'avenir.
芦 Nous utilisons l'IA dans un grand nombre de nos op茅rations, nous utilisons des drones, nous 茅tudions les v茅hicules autonomes et toutes ces choses... Je d茅cris cela comme les Pierrafeu, mais en r茅alit茅, nous avons beaucoup de choses "Jetsoniennes" qui se passent 禄, a-t-il d茅clar茅.
Solutions 脿 faible 茅mission de carbone
Que ce soit en raison de missions internes 脿 l'entreprise, de r茅glementations gouvernementales ou de stipulations contractuelles, l'industrie du b茅ton a d没 faire d'茅normes progr猫s, rapidement, pour cr茅er davantage de produits 脿 partir de mat茅riaux recycl茅s avec une empreinte CO2 plus faible.
Une machine d'impression 3D RIC expos茅e au World of Concrete 脿 Las Vegas, 脡tats-Unis, 2024 (Image : Mitchell Keller)Pour r茅pondre 脿 la demande des consommateurs et se conformer aux exigences environnementales, de nombreuses entreprises ont reconfigur茅 leur processus de fabrication du ciment. Le ciment est un ingr茅dient cl茅 du b茅ton, mais il est l'un des principaux producteurs de carbone au monde.
Cela a n茅cessit茅 une implication accrue de la communaut茅 scientifique, qui a trouv茅 脿 l'茅chelle mondiale des solutions 脿 faible teneur en carbone pour les m茅langes de ciment, y compris les chercheurs de l'Empa, le Laboratoire f茅d茅ral suisse d'essai des mat茅riaux et de technologie.
芦 Les principales innovations dans les produits 脿 base de ciment et de b茅ton au cours des derni猫res ann茅es ont 茅t茅 motiv茅es par la n茅cessit茅 d'am茅liorer la durabilit茅 et de r茅duire les 茅missions 禄, a confirm茅 le Dr Mateusz Wyrzykowski, chef de groupe de la technologie du b茅ton au laboratoire b茅ton et asphalte de l'Empa.
Le graph猫ne, le chanvre, le caf茅 et une multitude de nouveaux produits synth茅tiques et adjuvants sp茅cialis茅s ont fait leur apparition dans le b茅ton et le ciment. Les r茅sultats et les objectifs varient, mais l'exp茅rimentation est primordiale pour d茅couvrir des produits r茅volutionnaires qui peuvent aider 脿 r茅duire les 茅missions.
芦 Des progr猫s significatifs ont 茅t茅 r茅alis茅s gr芒ce 脿 la r茅duction des d茅chets et 脿 l鈥檜tilisation responsable des ressources 禄, ajoute Wyrzykowski.
L'un des mat茅riaux les plus int茅ressants 茅tudi茅s par l'Empa pour le ciment est le 芦 biochar 禄. Il s'agit d'un mat茅riau riche en carbone cr茅茅 par pyrolyse de la biomasse ; en d'autres termes, il s'agit du bioproduit du chauffage de mati猫res organiques en l'absence d'oxyg猫ne.
En th茅orie, le b茅ton fabriqu茅 脿 partir de mati猫res organiques pourrait 茅liminer le carbone de l'atmosph猫re. 脌 l'heure actuelle, le biochar est utilis茅 avec succ猫s comme forme d'isolation.
Certains produits sont d茅j脿 sur le march茅, mais l'Empa sugg猫re qu'une version plus puissante et plus s没re d'un additif pour biochar sera bient么t disponible gr芒ce 脿 des recherches suppl茅mentaires.
Ce nouvel h么tel de serveurs informatiques 脿 Heidelberg, en Allemagne, est consid茅r茅 comme le plus grand b芒timent imprim茅 en 3D d'Europe (Image : SSV Architekten)芦 Le biochar est tr猫s poreux. Il absorbe beaucoup d鈥檈au, mais aussi les adjuvants co没teux utilis茅s dans la production de b茅ton 禄, explique M. Wyrzykowski. 芦 Il est difficile 脿 manipuler et n鈥檈st pas non plus totalement inoffensif. 禄
Selon l'Empa, la fine poussi猫re de biochar est probl茅matique pour les voies respiratoires humaines et comporte un risque d'explosion.
Les recherches se poursuivent donc pour d茅terminer si le mat茅riau peut 锚tre transform茅 en granul茅s.
芦 De tels granulats l茅gers existent d茅j脿 脿 partir d鈥檃utres mat茅riaux tels que l鈥檃rgile expans茅e ou les cendres volantes 禄, a d茅clar茅 M. Wyrzykowski, faisant 茅tat de certains pr茅c茅dents. 芦 Le savoir-faire dans la manipulation de ces mat茅riaux est disponible dans l鈥檌ndustrie, ce qui augmente les chances que le concept soit mis en pratique. 禄
R茅analyse de la production de ciment
De retour chez Cemex, Galassini a d茅clar茅 que son entreprise a fabriqu茅 des produits avec moins de clinker que le ciment traditionnel et des produits avec des cendres volantes, qui contribuent tous deux 脿 la r茅duction des 茅missions de carbone.
Mais r茅analyser l鈥檈nsemble de la production de ciment, a-t-il ajout茅, est tout aussi important que d鈥檃juster sa composition chimique.
芦 Nous br没lons d鈥檃utres choses dans nos fours 脿 charbon, explique-t-il. Nous pouvons br没ler des d茅chets recycl茅s. Nous pouvons br没ler des pneus, des combustibles usag茅s, des d茅chets industriels et r茅sidentiels鈥� Nous pouvons r茅cup茅rer des carcasses de b茅tail et de vaches, les 茅liminer de mani猫re responsable et les utiliser pour alimenter les fours. 禄
Le syst猫me, note-t-il, n鈥檈st pas enti猫rement exempt d鈥櫭﹎issions, mais celles-ci sont fortement r茅duites et contribuent 脿 faciliter des gains plus importants, notamment des 茅conomies de co没ts pour les sources de carburant recycl茅es.
Les utilisateurs travaillent sur la carte 茅lectronique d'un malaxeur volum茅trique Cemen Tech, qui engage le v茅hicule pour m茅langer divers mat茅riaux pour la production de b茅ton sur site (Image : Mitchell Keller)芦 Notre cimenterie de Berlin consomme 98 % de produits recycl茅s 禄, explique Gassalini, qui souligne que le pays a abandonn茅 l鈥檈nfouissement en d茅charge au milieu des ann茅es 2000. 芦 Nous r茅cup茅rons tous ces d茅chets, les transformons en granul茅s et les br没lons dans le four. Ainsi, au lieu de les mettre en d茅charge et de cr茅er du m茅thane, qui est, selon moi, 30 fois plus puissant que le CO2, nous pouvons br没ler ces d茅chets, cr茅er du ciment et cr茅er un produit. 禄
Cette fa莽on de penser n鈥檈st pas isol茅e ; la plupart des grands acteurs mondiaux ont adopt茅 des approches agressives pour r茅duire les 茅missions de carbone et accro卯tre la circularit茅.
Le groupe allemand Heidelberg Materials a lanc茅 une gamme de produits 脿 faible teneur en carbone en 2023 et pr茅voit d'ouvrir une installation de stockage de capture de carbone (CSS) dans une cimenterie en Norv猫ge d'ici fin 2024.
芦 Notre projet CSS dans l'usine norv茅gienne de Brevik a commenc茅 comme une id茅e ambitieuse au milieu des ann茅es 2000 禄, a d茅clar茅 un porte-parole de Heidelberg.
芦 Les premi猫res r茅flexions ont abouti 脿 une 茅tude de bureau. En d茅cembre 2020, le gouvernement norv茅gien a donn茅 son accord final et son soutien 脿 la construction de la premi猫re installation de captage du carbone 脿 l'茅chelle industrielle au monde dans une cimenterie. 禄
Ce projet permettrait d鈥櫭﹍iminer le carbone du site vers un casier sous-marin.
芦 Une fois op茅rationnel, 400 000 tonnes de CO鈧� par an seront capt茅es et transport茅es par bateau vers un terminal terrestre sur la c么te ouest norv茅gienne 禄, a expliqu茅 Heidelberg. 芦 De l脿, le CO鈧� liqu茅fi茅 sera transport茅 par pipeline jusqu'au site de stockage sous la mer du Nord, o霉 il sera stock茅 de mani猫re permanente. 禄
Bien que les m茅thodes de capture et de s茅questration du carbone soient encore imparfaites, Heidelberg a soulign茅 qu'elles ne constituent qu'un levier d'innovation durable.
芦 Nous continuons 脿 d茅carboner notre portefeuille de produits gr芒ce 脿 des mesures conventionnelles de r茅duction des 茅missions de carbone 禄, a d茅clar茅 l鈥檈ntreprise. 芦 Depuis des ann茅es, nos 茅quipes travaillent 脿 r茅duire la teneur en clinker de nos produits, 脿 r茅orienter le portefeuille de produits et 脿 augmenter la part des carburants alternatifs. 禄
Les machines au service de l'innovation
Alors que le b茅ton et le ciment subissent des changements physiques, les machines qui m茅langent et versent la substance doivent 茅galement s'adapter aux temps modernes.
Les camions malaxeurs volum茅triques ou mobiles ne sont pas nouveaux, mais les progr猫s de la technologie informatique, du stockage des mat茅riaux et du catalogage des donn茅es ont rendu ces outils d茅j脿 pr茅cieux extr锚mement pr茅cieux 脿 l'猫re moderne.
Une maison de produits evoBuild (Image : Heidelberg Materials Group)Cemen Tech se consid猫re comme le plus grand fabricant mondial de solutions de dosage volum茅trique et de malaxage continu du b茅ton et est pr茅sent dans le secteur du malaxage volum茅trique depuis le d茅but.
Avec tous les mat茅riaux de b茅ton n茅cessaires stock茅s et m茅lang茅s dans le camion et sur le site, les chefs de projet vantent les 茅conomies de transport, mais la technologie sophistiqu茅e de l'unit茅 garantit 茅galement que les d茅chets sont limit茅s et que la production de b茅ton r茅pond aux attentes du travail et du climat.
Zach McQuay, qui dirige McQuay Construction dans l'Oklahoma, aux 脡tats-Unis, utilise une Cemen Tech S茅rie C et note l'ordre qu'une machine peut apporter 脿 un travail.
芦 Nous avons un contr么le total sur le processus 禄, explique-t-il. 芦 C'est une usine mobile, donc nous n'avons pas de temps de trajet. Nous pouvons charger tout le mat茅riel sur place et nous parcourons 402 m par jour avec seulement trois camions. 禄
Par rapport 脿 l'utilisation d'une usine de b茅ton pr锚t 脿 l'emploi hors site, McQuay a estim茅 qu'un travail similaire n茅cessiterait 20 camions ou plus, plus le temps de d茅placement et le chargement et le d茅chargement.
Avec un malaxeur volum茅trique, explique McQuay, 芦 nous ne produisons pas de b茅ton tant que nous n'appuyons pas sur 芦 D茅marrer 禄. Nous obtenons du b茅ton frais 脿 la demande. 禄
Les tests d'air peuvent 锚tre effectu茅s sur place et le m茅langeur peut cr茅er de petits lots 脿 la fois, ce qui, selon McQuay, r茅duit les d茅chets.
芦 Dans le monde du b茅ton pr锚t 脿 l'emploi, si le test d'air 茅choue, toute la charge est rejet茅e 禄, a-t-il expliqu茅, notant que les m茅langeurs volum茅triques peuvent simplement pr茅parer un nouveau lot (et apporter des ajustements au m茅lange entre-temps). 芦 Dans le monde volum茅trique, si nous ratons le test d'air, nous aurons moins de la moiti茅 d'une brouette 脿 recycler. 禄
Avec du sable, de la roche, de l鈥檈au, des produits chimiques et des synth茅tiques n茅cessaires 脿 la production de b茅ton sur le camion, une interface informatique permet aux utilisateurs de g茅rer la composition exacte de leur m茅lange et de l鈥檃juster selon les besoins.
芦 Nous disposons d'un rapport eau/ciment en temps r茅el. Nous disposons d'un taux de dosage en temps r茅el de nos produits chimiques. Nous disposons d'une 茅valuation en temps r茅el de notre sable, de nos roches et de notre eau, ce qui nous permet de r茅gler n'importe lequel de ces aspects 脿 tout moment pendant le projet 禄, a ajout茅 McQuay.
Une imprimante 3D 脿 l'ext茅rieur du Las Vegas Convention Center lors de l'exposition World of Concrete 2024 (Image : Mitchell Keller)L'enregistrement des donn茅es cr茅e un r茅seau d'informations fiables que les pav茅s ou les poseurs peuvent rappeler pour des travaux similaires ou dans des environnements comparables.
Ailleurs, les progr猫s de l鈥檌ntelligence artificielle, de la num茅risation et de l鈥檌mpression 3D et de la technologie des capteurs ont grandement aid茅 les finisseurs et autres machines ax茅es sur le b茅ton. Une machine 脿 coffrage glissant du groupe allemand Wirtgen en est un exemple.
芦 Lors de la pose de b茅ton avec les machines 脿 coffrage glissant Wirtgen, diff茅rentes fonctions automatiques peuvent 锚tre utilis茅es, comme le syst猫me AutoPilot 2.0 ou l'insertion automatique de goujons 禄, explique l'entreprise. 芦 Le syst猫me de commande AutoPilot 3D d茅velopp茅 par Wirtgen permet de commander avec pr茅cision et sans fil les machines 脿 coffrage glissant lors de la r茅alisation de tous types de profils d茅cal茅s et encastr茅s.
芦 La cr茅ation d鈥檜n mod猫le de donn茅es g茅od茅siques par un g茅om猫tre n鈥檈st plus n茅cessaire. L鈥檌nstallation et le retrait d鈥檜n fil de fer, comme c鈥檈st habituellement le cas avec un syst猫me de contr么le de machine conventionnel, sont obsol猫tes.
芦 La machine se d茅place le long d'un fil virtuel avec guidage par positionnement par satellite. Le r茅glage de la hauteur et la direction de la machine sont contr么l茅s automatiquement. 禄
Impression 3D et b茅ton
L鈥檜ne des avanc茅es les plus fascinantes et les plus stimulantes visuellement en mati猫re d鈥檃utomatisation du b茅ton est l鈥檌mpression 3D.
Les machines d'impression 3D par extrusion en couches, qui utilisent une buse contr么l茅e qui 茅vacue avec pr茅cision une p芒te de ciment couche par couche, ont 茅t茅 parmi les d茅monstrations les plus populaires au World of Concrete.
Les piles de b茅ton 芦 semblables 脿 du dentifrice 禄 peuvent 锚tre construites aussi haut que l'imprimante ou l'environnement le permet, certaines imprimantes 茅tant suffisamment grandes pour imprimer des b芒timents entiers.
L'ann茅e derni猫re, une imprimante 3D COBOD International, une entreprise danoise, a r茅alis茅 脿 Heidelberg, en Allemagne, ce qui est consid茅r茅 comme le plus grand b芒timent imprim茅 en 3D d'Europe. Le b芒timent mesure 54 m de long, 11 m de large et 9 m de haut.
L'imprimante 3D COBOD BOD2 peut cr茅er des formes g茅om茅triques non carr茅es en plus des structures en bo卯te. La construction a commenc茅 脿 la mi-2023 et a dur茅 environ 172 heures.
芦 Nous estimons que les imprimantes dureront cinq ou dix ans 禄, explique Philip Lund-Nielsen, cofondateur de COBOD, qui souligne que la long茅vit茅 des machines augmente. 芦 Elles sont constitu茅es 脿 90 % d'acier galvanis茅. La plupart des probl猫mes rencontr茅s par nos clients sur site concernent l'utilisation des bons mat茅riaux. Une fois qu'ils ma卯trisent ce domaine, ils deviennent vraiment efficaces. 禄
Mettre tout cela ensemble
Tout comme le b茅ton est un produit compos茅 d鈥櫭﹍茅ments particuliers fonctionnant en tandem, les leaders de l鈥檌ndustrie devront continuer 脿 travailler en collaboration pour faire avancer le produit.
芦 Il s'agit de travailler avec les propri茅taires, les architectes et les ing茅nieurs pour s'assurer que nous concevons correctement un b芒timent, un trottoir ou une chauss茅e, sans en faire trop 禄, explique Galassini. 芦 Regardez le b茅ton qui est coul茅 dans la plupart des trottoirs d'une ville ; c'est une recette sp茅cifi茅e par la ville.
芦 Cette recette permettra de cr茅er un trottoir d'une r茅sistance de 6 000 脿 8 000 PSI, ce qui serait similaire 脿 une piste d'a茅roport. Je peux donc faire atterrir un 747 sur un trottoir qui n'a besoin que de 2 500 PSI de r茅sistance. 禄
Avec toutes ces informations et la technologie disponible pour s'attaquer 脿 cet exemple de sur-ing茅nierie, Galassini pense qu'il est temps de trouver des solutions 脿 long terme.
Et ceux qui ne se modernisent pas et ne contribuent pas 脿 r茅soudre le probl猫me risquent d鈥櫭猼re laiss茅s pour compte.
芦 Je suis convaincu que les gagnants seront ceux qui continueront 脿 innover et 脿 faire avancer les choses. 脌 un moment donn茅, ceux qui r茅sistent au changement se retrouveront 脿 un point de bascule o霉, tout d鈥檜n coup, ils n鈥檃uront plus d鈥檃utre choix, ou peut-锚tre qu鈥檌ls arriveront trop tard. 禄
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