Réévaluer les matériaux et procédés structurels existants à travers une perspective moderne

Pour des millénaires, des matériaux de construction tels que le béton ont permis aux humains de créer des chefs‑d’œuvre architecturaux durables ; il suffit de regarder la Rome antique pour le constater.  Bien que l’on puisse penser qu’au fil du temps nous aurions tout appris sur ces matériaux, les réexaminer à travers une lentille moderne a permis aux entreprises tournées vers l’avenir de leur donner une nouvelle vocation et d’améliorer les recettes anciennes.

Matériaux et procédés

Comme mentionné, la Rome antique est l’exemple parfait de ce qui peut être accompli grâce à l’utilisation du béton.  Jusqu’à récemment, les scientifiques étaient perplexes quant à la façon dont des structures datant de plus de 2000 ans étaient encore en si bon état.  Aujourd’hui, nous savons que la réponse était au cœur du problème depuis le début : la chaux.

La présence de chaux dans le béton romain était toujours considérée comme le résultat de pratiques de mélange médiocres.  Il s’avère que les agrégats de chaux ont une fonction importante qui, lorsqu’ils sont incorporés dans le béton d’une manière spécifique, permettent au produit final d’auto‑réparer les fissures ; ce qui nous amène à notre première approche moderne d’un matériau de construction ancien : le béton auto‑réparateur.

Béton auto‑réparateur

Le béton est simplement un mélange de substrats fins et grossiers liés par un durcisseur.  La recette du béton a varié au fil du temps et selon les régions pour s’adapter aux différents environnements.  Dans cet esprit, les scientifiques ont commencé à rechercher et à tester de nouvelles recettes et approches pour créer une version destinée au futur. Un exemple provient de l’Université du Colorado, où les chercheurs ont développé un potentiel substitut au béton qu’ils appellent « Living Building Materials (LBM) » et qui est créé en utilisant « microorganismes photosynthétiques pour biomineraliser des échafauds inertes de sable‑gélatine ».

Prometteur, ces LBM ont démontré leur capacité non seulement à s’auto‑répliquer et à s’auto‑réparer, mais aussi à être fabriqués à partir de matériaux de déchets.  Tout aussi important, ils peuvent capturer du carbone.  Au‑delà de la durabilité et de la longévité, il existe une raison majeure pour le temps consacré au développement de nouvelles recettes de béton futuriste : l’environnement.

Le processus de production du béton émet une grande quantité de CO₂.  En tant que deuxième produit le plus utilisé sur Terre, cela représente une part massive (8 % du total des émissions de CO₂).  Si nous pouvons créer des itérations de béton qui aident réellement l’environnement plutôt que de le nuire, alors c’est une voie qui vaut la peine d’être explorée.

Au‑delà de la recherche en laboratoire, des startups comme Biomason proposent déjà des produits basés sur une approche similaire qui utilise la biologie pour réduire l’empreinte environnementale de l’industrie du ciment.  À ce jour, cette entreprise a déjà levé environ 95 M$ de financement sur plusieurs tours auprès d’investisseurs tels que Novo Holdings, Celesta Capital, et d’autres.

Armature en chanvre

L’armature est un matériau extrêmement important lors de la construction avec du béton.  Généralement fabriquée en acier, l’armature apporte un soutien structurel aux bâtiments en béton et augmente leur longévité.  Comme indiqué précédemment, travailler avec du béton implique généralement de fortes émissions de CO₂.  Et si l’on pouvait créer une armature qui contribue à compenser ce problème sans sacrifier les avantages de l’acier ?  Voici l’armature en chanvre.

L’armature en chanvre ne se contente pas d’augmenter la longévité du béton ; elle peut être moins chère, plus résistante et plus légère que l’acier tout en restant résistante à la corrosion ; des considérations essentielles, car l’effondrement de nombreux bâtiments est lié à des armatures en acier lourdes et corrodées.  Elle est également connue comme un biomatériau à empreinte carbone négative, les champs de chanvre absorbant d’énormes quantités de CO₂.  Lorsqu’elle est utilisée sous forme d’armature, le produit, tout au long de son cycle de vie, peut contribuer à contrebalancer les émissions de CO₂ associées à l’utilisation du béton.

Briques stockant l’énergie

Le béton n’est pas le seul matériau de construction à subir une refonte futuriste.  Des procédés visant à transformer des briques ordinaires et recyclées en supercondensateurs sont désormais en cours de développement.  Cela signifie que, dans un avenir proche, les briques qui tapissent votre maison ou servent de passage pourraient devenir une solution de stockage d’énergie.  Il suffit de connecter les briques à une source d’énergie (par ex. panneaux solaires), et les briques peuvent être chargées pour fournir de l’électricité pendant la nuit.  Il convient toutefois de noter qu’à l’heure actuelle la technologie doit encore parcourir un long chemin avant que cela ne devienne possible.  Actuellement, les chercheurs indiquent que la capacité d’environ 50 briques fournirait suffisamment d’énergie uniquement pour un éclairage d’urgence pendant jusqu’à 5 heures.

Pour réaliser cet exploit, les chercheurs ont considéré la structure inhérente des briques, notant qu’elles sont assez poreuses.  Pour les transformer en supercondensateurs, les briques ont été revêtues/injectées de PEDOT (un polymère conducteur), ce qui les transforme essentiellement en éponges énergétiques.

Ces solutions, combinées à une poussée continue et concertée vers l’énergie durable, permettront aux humains d’inverser les dommages infligés à la Terre et d’assurer un avenir plus vert.

Fabrication additive

En regardant l’avenir de la construction, il ne s’agit pas seulement des matériaux utilisés.  Il faut également considérer les procédés.  Dans ce contexte, l’une des avancées les plus prometteuses et potentiellement révolutionnaires qui devrait changer notre façon de bâtir est la fabrication additive, alias « impression 3D ».

ICON est une entreprise particulièrement notable, car ses produits/services sont plus qu’une simple idée à fort potentiel ; ils sont déjà mis en pratique.  Dans un exemple, une communauté de 100 maisons imprimées en 3D par ICON est déjà en cours de réalisation à Georgetown, Texas.  Dans un autre exemple, et sans doute plus excitant, ICON a attribué un prix de 57,2 M$ de la NASA pour développer un « système de construction pour la surface lunaire ».  Oui, ICON développe les systèmes qui permettront l’habitation de la Lune et au‑delà dans des structures imprimées en 3D.

L’engouement autour des maisons imprimées en 3D est tel que des entreprises comme ICON ont déjà attiré des financements substantiels de la part d’investisseurs visionnaires.  Lors de sa dernière levée de fonds, ICON affiche désormais environ 451,5 M$ de financement.

ICON n’est pas la seule entreprise à imprimer des maisons en 3D.  D’autres, comme Alquist, exploitent le procédé pour créer des logements abordables dans le but de « relever les communautés économiquement en difficulté et sous‑servies en réduisant le coût de la construction ».

Regarder vers l’avenir

L’année est 2033.  Si tout se passe comme prévu, il y aura ceux qui sortiront de leur maison auto‑réparatrice, renforcée d’armature en chanvre et imprimée en 3D, alimentée la nuit par un passage de briques chargé durant la journée, et lèveront les yeux vers le ciel nocturne.  Là, ils verront des points lumineux provenant d’immenses constellations de satellites, déployés grâce à l’utilisation de fusées réutilisables qui livrent également des charges utiles de matériaux pour la première structure en cours de construction sur la Lune.  en français.