Pourquoi cette université américaine a-t-elle déboursé 1,5 million de dollars pour une imprimante à béton ?

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L'Université de Floride (UF), dans le sud des États-Unis, a utilisé une subvention de 1,5 million de dollars pour acquérir une imprimante COBOD BOD3, l'un des plus grands systèmes d'impression 3D béton (3DCP) au monde. Mais que prévoit cet établissement d'enseignement supérieur avec sa nouvelle technologie de construction ?

Dr Iris Rivero, deuxième à partir de la gauche, avec l'imprimante 3D à béton COBD BOD3 récemment installée (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering) Dr Iris Rivero, deuxième à partir de la gauche, avec l'imprimante 3D à béton COBD BOD3 récemment installée. (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering)

La grande unité de COBOD, une société danoise spécialisée dans la technologie d'impression de construction 3D, est arrivée de l'étranger en septembre dernier et les installations finales devraient être terminées en février.

Une première démonstration du système basé sur un portique est prévue sur le campus en mai.

La technologie, hébergée au sein du Herbert Wertheim College of Engineering, devrait permettre des recherches de pointe dans le domaine de la construction automatisée, de la science des matériaux et de l'intégrité structurelle.

Bien que la technologie d'impression 3D soit un outil courant dans les universités américaines, l'achat par l'UF de la machine COBOD et les projets de l'école de mener des projets de recherche à grande échelle sont uniques par leur engagement et leur ampleur.

Construction Briefing a rencontré le Dr Iris Rivero de l'UF, qui a expliqué plus en détail les plans de l'école pour le 3DCP.

Réduire les risques du secteur pour les futurs professionnels de la construction
Déchargement de COBOD BOD3 à l'Université de Floride (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering) Le COBOD BOD3 est déchargé à l'Université de Floride. (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering)

Le Dr Rivero, présidente du département de génie industriel et des systèmes de l'UF, a déclaré que l'imprimante pourrait être un outil transformateur pour le secteur. Elle estime qu'elle jouera un rôle essentiel pour aider les étudiants à se familiariser avec les nouvelles technologies, mais aussi avec le secteur dans son ensemble.

« J'ai toujours pensé que les universités étaient le lieu idéal pour réduire les risques liés à la technologie », a déclaré Rivero. « Nous ne sommes pas là pour le profit, mais pour apprendre un processus et, avec les entreprises, le faire évoluer. »

Rivero possède une expérience en fabrication intelligente et en contrôle qualité. Elle met en place une approche de recherche pour l'utilisation de la 3DCP au sein de son département. L'un des principaux objectifs de son équipe est d'améliorer l'assurance qualité dans la construction additive à grande échelle.

« Avec cette imprimante 3D, nous souhaitons développer des méthodes non destructives pour évaluer la qualité du béton couche par couche, ou toutes les quelques couches, afin de comprendre le comportement de la structure une fois terminée », explique Rivero. « L'une des principales questions de l'impression 3D du béton est : comment valider la solidité structurelle d'un ouvrage avant qu'il ne soit trop tard ? »

« Nous devons développer des méthodes non destructives en temps réel pour évaluer le processus de dépôt et détecter les faiblesses dès qu'elles se produisent, et non après coup. »

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En intégrant des capteurs et des outils de surveillance en temps réel, Rivero a déclaré que les chercheurs de l'UF visent à suivre le comportement du matériau pendant l'impression, en identifiant les défauts potentiels avant qu'ils ne compromettent la structure.

Le temps de durcissement et la vitesse de dépôt du béton posent des défis en 3DCP, car les défauts peuvent n'apparaître que plusieurs semaines après l'impression. « Il faut 28 à 30 jours pour que le béton soit complètement solidifié », explique Rivero. « C'est un risque important pour les entreprises, et un énorme profit en jeu si les paramètres ne sont pas corrects après un mètre cinquante de construction. »

Un autre axe de recherche porte sur la formulation des matériaux et leur adaptabilité environnementale. Des climats différents, des zones côtières humides aux régions sèches et arides, nécessitent des compositions de béton différentes. Rivero a indiqué que les équipes interdisciplinaires de l'UF travaillent sur des mélanges de béton régionalisés qui optimisent les performances en fonction de la localisation.

« Les équipes de génie civil étudient comment adapter les formules de béton à différents climats Â», a-t-elle expliqué. « Si vous êtes en Floride, vous avez besoin d'un béton résistant à l'humidité et aux ouragans. Si vous êtes en Arizona, vous avez besoin d'un mélange performant par forte chaleur avec une consommation d'eau minimale. Â»

Applications de construction liées au changement climatique pour 3DCP
Le COBOD BOD3 de l'Université de Floride (Image : Université de Floride) Le COBOD BOD3 au Herbert Wertheim College of Engineering de l'Université de Floride (Image : Université de Floride)

Au-delà de la construction verticale, Rivero estime que la technologie 3DCP peut transformer les infrastructures horizontales, notamment la réparation des routes et les projets de résilience côtière. Cette technologie pourrait apporter des solutions aux efforts de reconstruction après les ouragans, au contrôle de l'érosion et à la réparation des infrastructures isolées, des domaines où les méthodes de construction traditionnelles peinent à trouver des solutions.

« On retrouve ce procédé dans la réparation des chaussées, mais peu dans le béton », a noté Rivero. « Nous pouvons expérimenter différents types de fissures et techniques de dépôt de matériaux dans un environnement de laboratoire contrôlé, puis appliquer cette technologie à des applications concrètes. »

L'un des principaux atouts de l'environnement de recherche de l'UF réside dans sa capacité à simuler des conditions extrêmes, fournissant ainsi des données essentielles sur la résistance des structures imprimées en 3D aux contraintes environnementales. « Nous pouvons tester les structures du centre anticyclonique de l'UF dans des conditions environnementales réelles », explique Rivero. « Si nous parvenons à développer des digues et des infrastructures urbaines alliant fonctionnalité et design architectural, nous pourrons renforcer la résilience climatique. »

Rivero imagine un avenir où les méthodes automatisées de dépôt de béton, intégrant potentiellement la robotique mobile et les drones, pourraient s'avérer utiles dans les zones difficiles d'accès, comme les zones côtières, les ponts ou les autoroutes. « Si vous êtes sur un viaduc et qu'il est difficile d'accéder à la structure pour effectuer des réparations, comment pouvons-nous le faire efficacement ? », a-t-elle demandé. « Nous pouvons commencer en laboratoire, affiner nos méthodes, puis appliquer la technologie sur le terrain. Nous n'utiliserons peut-être pas systématiquement des systèmes à portique ; les solutions futures pourraient peut-être impliquer des drones ou de la robotique mobile. »

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En perfectionnant les techniques de réparation automatisées, les chercheurs de l'UF espèrent minimiser les perturbations des infrastructures de transport tout en réduisant les coûts et le gaspillage de matériaux. Rivero a déclaré qu'un objectif potentiel à long terme est de développer des solutions d'impression 3D mobiles et sur site qui pourraient réparer les routes et les ponts sans nécessiter de fermeture de voies pendant de longues périodes.

Créer un travail d'amour avec une nouvelle technologie de construction
Dr Iris Rivero de l'UF (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering) Dr Iris Rivero lors de l'arrivée de l'imprimante COBD BOD3 à l'Université de Floride. (Image : UF Herbert Wertheim College of Engineering)

Outre les avancées technologiques, l'UF utilise l'imprimante pour former la prochaine génération de professionnels de la construction. L'imprimante BOD3 sera intégrée aux cours d'ingénierie, de construction et de science des matériaux, avec le soutien de partenaires industriels comme Autodesk.

« Autodesk a été un excellent partenaire pour nous aider à explorer les moyens de former les futurs ouvriers du bâtiment », a déclaré Rivero. « Nous devons rendre le secteur de la construction plus attractif pour les nouvelles générations et introduire des technologies qui le rendent plus sûr et plus efficace. »

Rivero a déclaré que le programme 3DCP de l'UF pourrait être une étape cruciale pour remédier aux pénuries de main-d'œuvre dans le secteur de la construction, qui a du mal à attirer les jeunes travailleurs.

En intégrant la robotique, l'automatisation et les flux de travail basés sur l'IA à l'enseignement de la construction, l'UF espère moderniser les métiers traditionnels du bâtiment et offrir aux étudiants une expérience pratique des technologies émergentes. « Il ne s'agit pas seulement de susciter l'intérêt des étudiants pour la construction, mais de leur montrer une nouvelle façon de travailler avec l'environnement bâti », a expliqué Rivero.

L'imprimante est actuellement en préparation pour un bâtiment d'essai grandeur nature sur le campus. L'équipe de recherche collabore également avec des architectes pour explorer de nouvelles formes structurelles et finitions de surface alliant esthétique et fonctionnalité.

« Peut-être pourrions-nous réellement créer un bâtiment plus écologique », a suggéré Rivero. « Peut-être pourrions-nous le rendre à la fois structurellement résilient et visuellement dynamique. »

Pour Rivero, le projet représente plus qu’une simple avancée dans l’impression 3D, c’est un modèle pour l’avenir des infrastructures.

« Il s'agit d'une infrastructure 5.0, avec une touche industrielle », a-t-elle déclaré. « Nous devons intégrer l'IA, la robotique et l'automatisation aux processus, non seulement pour gagner en efficacité, mais aussi pour repenser complètement notre façon de construire. »

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