Selon une étude récente réalisée en Australie, mélanger du chanvre dans du béton imprimé en 3D introduit des compromis mécaniques évidents qui limitent actuellement ses applications structurelles.
Les tests ont montré que la résistance à la flexion et à la fissuration diminuait de 57 à 60,6 % par rapport aux mélanges de béton conventionnels. En revanche, la capacité portante sous compression a diminué dans une proportion plus faible, bien que toujours significative, de 45,9 à 54,8 % selon le sens d'impression. Le déséquilibre est important : les matériaux qui se fissurent facilement se heurtent à des obstacles considérables lors de leur utilisation portante, en particulier dans les systèmes imprimés en 3D en couches.
Les résultats proviennent de chercheurs en génie civil et en matériaux de l'Université Western Sydney, dont l'étude a été publiée dans le Journal of Building Engineering. Ce travail constitue la première évaluation expérimentale systématique de l’impression robotisée de béton en 3D (3DCP) utilisant des chènevottes dans le mélange, allant au-delà des essais de validation de principe antérieurs.
Le Journal of Building Engineering est une revue à comité de lecture sur la construction et les matériaux publiée par Elsevier, l'un des plus grands éditeurs scientifiques universitaires et professionnels au monde.
La science
En termes pratiques, la résistance à la compression mesure le poids qu'un matériau peut supporter en toute sécurité, comme soutenir un mur ou un toit. La résistance à la flexion mesure sa résistance à la flexion et à la fissuration – un facteur critique pour les panneaux, les murs imprimés et la liaison couche à couche en 3DCP. Dans cette étude, les performances de flexion se sont dégradées plus fortement que les performances de compression, augmentant ainsi le risque de fissuration aux interfaces des couches imprimées.
Les chercheurs ont créé des mélanges imprimables en remplaçant une petite partie du sable du béton standard par du chanvre, le noyau ligneux interne de la tige de chanvre. Entre 1 et 4 % du sable a été remplacé par du chanvre. Par rapport aux mélanges de béton conventionnels, le matériau enrichi en chanvre s'écoule plus facilement à travers la buse de l'imprimante – une amélioration d'environ 16,7 % – sans affecter matériellement la stabilité des couches imprimées.
Cet avantage de traitement s’est accompagné d’un coût mécanique élevé. Des pertes de résistance sont apparues quelle que soit la manière dont le matériau a été imprimé, ce qui indique un problème courant dans la construction imprimée en 3D : le matériau se comporte différemment selon la direction dans laquelle il est imprimé.
Bénéfice environnemental limité
Avec la faible teneur en chanvre utilisée dans l’étude – remplaçant environ 1 à 4 % du sable dans le mélange – le bénéfice environnemental est réel mais limité. La chènevotte stocke effectivement du carbone biogénique et réduit légèrement l’utilisation de matériaux extraits, mais elle ne modifie pas matériellement la teneur en ciment, qui reste la source dominante de carbone incorporé. À ces niveaux, le chanvre fonctionne comme un additif mineur plutôt que comme un véritable substitut, ce qui signifie que le mélange ne doit pas être caractérisé comme étant à faible teneur en carbone ou positif pour le climat sur la seule base de sa composition.
Les allégations concernant des bâtiments plus sains – légitimes dans le cas du béton de chanvre traditionnel – sont également limitées à un niveau aussi faible de teneur en chanvre. Contrairement aux systèmes chanvre-chaux traditionnels qui contiennent des niveaux beaucoup plus élevés de matières végétales, les particules de chanvre contenues dans ce mélange sont entièrement liées dans une matrice de ciment et n'affectent pas de manière significative la qualité de l'air intérieur, la régulation de l'humidité ou la santé des occupants. La principale valeur de la recherche n’est donc pas l’impact à court terme sur l’environnement ou la santé, mais la preuve que de petites quantités de matière végétale peuvent fonctionner dans des systèmes d’impression 3D automatisés – une première étape nécessaire vers des matériaux à plus forte teneur biologique à l’avenir.
Qui donne à réfléchir
Du point de vue des investisseurs, les conséquences donnent à réfléchir. Les produits structurels en béton doivent respecter les codes de construction et les normes de certification les plus conservateurs, dont la plupart sont rédigés autour du béton coulé traditionnel. Les matériaux présentant d'importantes réductions de résistance à la flexion seraient confrontés à des procédures d'approbation difficiles et longues, ainsi qu'à une résistance potentielle de la part des assureurs, des régulateurs et des ingénieurs agréés.
L’étude indique des voies d’amélioration possibles, notamment le prétraitement des chènevis et l’affinement de la répartition granulométrique pour améliorer la liaison entre les couches imprimées. Mais ces étapes ajouteraient à la complexité et au coût du traitement – des facteurs qui pourraient réduire l’avantage économique du chanvre par rapport aux matériaux conventionnels.
Applications limitées
À court terme, les résultats suggèrent que le béton imprimé en 3D à base de chanvre est mieux adapté aux applications non porteuses, telles que les cloisons intérieures, les éléments isolants ou les éléments architecturaux, où le risque de fissuration et les exigences de certification structurelle sont moindres.
Si la recherche confirme que le chanvre peut fonctionner dans les systèmes d’impression 3D automatisés, elle met également en évidence un écart important entre la faisabilité technique et la préparation commerciale, en particulier pour les constructions porteuses régies par des codes et des cadres de certification stricts.
