L'inventeur de la maison imprimée en 3D, Ma Yihe, montre un modèle à Shanghai, Chine, 2014. Voir les photos de construction de maison. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis Au début, il y avait de la boue. Les premières habitations humaines n'étaient construites que de briques de boue et de paille cuites au soleil. Les anciens Romains ont été les premiers à expérimenter le béton, mélangeant chaux et roche volcanique pour construire des structures majestueuses comme le Panthéon de Rome, toujours le plus grand dôme en béton non armé au monde [source :Pruitt].
À travers les siècles, les ingénieurs et les architectes ont imaginé de nouvelles façons de construire plus haut, des créations plus solides et plus belles utilisant des matériaux révolutionnaires comme des poutres en acier, fondations antisismiques et murs rideaux en verre.
Mais quel avenir pour la technologie de la construction ? Viendra-t-il un jour où les équipes de construction bruyantes seront remplacées par des essaims de nanobots autonomes ? Les fissures des fondations en béton se guériront-elles un jour miraculeusement, ou remplacer les stations-service par des voitures électriques circulant sur des routes auto-rechargeables ?
Continuez à lire pour notre liste complète des 10 innovations de construction les plus excitantes du futur proche. Certains sont même utilisés aujourd'hui.
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Si le béton routier était capable de se cicatriser, les villes pourraient économiser beaucoup d'argent. Justin Sullivan/Getty Images Le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde [source :Crow]. En réalité, c'est la deuxième substance la plus consommée sur Terre, après l'eau [source :Rubenstein]. Pensez à toutes les maisons en béton, Immeubles de bureaux, églises et ponts construits chaque année. Le béton est bon marché et largement adaptable, mais il est également susceptible de se fissurer et de se détériorer sous des contraintes telles que la chaleur et le froid extrêmes.
Autrefois, la seule façon de réparer le béton fissuré était de le réparer, le renforcer, ou abattez-le et repartez de zéro. Mais plus maintenant. En 2010, un étudiant diplômé et professeur de génie chimique à l'Université de Rhode Island a créé un nouveau type de béton « intelligent » qui « guérit » ses propres fissures. Le mélange de béton est incrusté de minuscules capsules de silicate de sodium. Lorsqu'une fissure se forme, les capsules se rompent et libèrent un agent cicatrisant semblable à un gel qui durcit pour combler le vide [source :URI].
Ce n'est pas la seule méthode de béton auto-cicatrisant. D'autres chercheurs ont utilisé des bactéries ou des capillaires en verre intégrés ou des microcapsules en polymère pour obtenir des résultats similaires. Cependant, les chercheurs du Rhode Island pensent que leur méthode est la plus rentable.
Prolonger la durée de vie du béton pourrait avoir d'énormes avantages environnementaux. La production mondiale de béton représente actuellement 5 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone [source :Rubenstein]. Le béton intelligent ne rendrait pas seulement nos structures plus sûres, mais aussi réduire les gaz à effet de serre.
Les nanotubes de carbone ont le rapport résistance/poids le plus élevé de tous les matériaux sur Terre et peuvent être étirés un million de fois plus longtemps que leur épaisseur. © Art numérique/Corbis Un nanomètre est un milliardième de mètre. C'est incroyablement petit. Une seule feuille de papier vaut 100, 000 nanomètres. Votre ongle pousse d'environ 1 nanomètre par seconde. Même un brin de votre ADN mesure 2,5 nanomètres de large [source :NANO.gov]. Construire des matériaux à l'échelle "nano" semble impossible, mais en utilisant des techniques de pointe comme la lithographie par faisceau d'électrons, des scientifiques et des ingénieurs ont réussi à créer des tubes de carbone avec des parois de seulement 1 nanomètre d'épaisseur.
Lorsqu'une particule plus grosse est divisée en parties de plus en plus petites, la proportion de sa surface à sa masse augmente. Ces nanotubes de carbone ont le rapport résistance/poids le plus élevé de tous les matériaux sur Terre et peuvent être étirés un million de fois plus longtemps que leur épaisseur [source :NBS]. Les nanotubes de carbone sont si légers et résistants qu'ils peuvent être intégrés dans d'autres matériaux de construction comme les métaux, béton, bois et verre pour ajouter de la densité et de la résistance à la traction. Les ingénieurs expérimentent même des capteurs à l'échelle nanométrique qui peuvent surveiller les contraintes à l'intérieur des matériaux de construction et identifier les fractures ou les fissures potentielles avant qu'elles ne se produisent [source :NanoandMe.org].
L'aluminium transparent pouvait être utilisé pour construire d'imposants gratte-ciel aux parois de verre qui nécessitaient moins de support interne. plus clair/E+/Getty Images Depuis des décennies, les ingénieurs chimistes ont rêvé d'un matériau qui combine la résistance et la durabilité du métal avec la pureté cristalline du verre. Un tel "métal clair" pourrait être utilisé pour construire d'imposants gratte-ciel aux parois de verre qui nécessitent moins de support interne. Les bâtiments militaires sécurisés pourraient installer de fines fenêtres métalliques transparentes imperméables aux tirs d'artillerie de plus haut calibre. Et pensez à l'aquarium monstrueux que vous pourriez construire avec ce truc !
Dans les années 1980, les scientifiques ont commencé à expérimenter un nouveau type de céramique fabriqué à partir d'un mélange poudreux d'aluminium, l'oxygène et l'azote. Une céramique est toute dure, matériau généralement cristallin fabriqué par un processus de chauffage et de refroidissement. Dans ce cas, la poudre d'aluminium est placée sous une pression immense, chauffé pendant des jours à 2, 000 degrés C (3, 632 degrés F) et enfin poli pour produire un parfaitement clair, matériau semblable au verre avec la résistance de l'aluminium [source :Ragan].
Connu sous le nom d'aluminium transparent, ou ALON, le matériau de l'ère spatiale est déjà utilisé par l'armée pour fabriquer des fenêtres blindées et des lentilles optiques.
L'agrégat plus gros et le manque de sable dans l'asphalte perméable (illustré ici) créent des vides interconnectés, permettant à l'eau de s'écouler à travers la surface plutôt que d'en sortir, ce qui réduit le ruissellement des eaux pluviales. BanquesPhotos/E+/Getty Images Lors d'un violent orage, des nappes d'eau de pluie se déversent sur les routes, trottoirs et parkings, récurer les débris de surface et les polluants et laver les produits chimiques potentiellement toxiques comme l'essence directement dans les égouts et les cours d'eau. L'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis identifie le ruissellement des eaux pluviales dans les zones urbaines pavées comme une source majeure de pollution de l'eau.
La nature a sa propre façon de filtrer les toxines de l'eau de pluie. Le sol est un magnifique filtre pour les métaux et autres matières inorganiques. Au fur et à mesure que l'eau de pluie descend à travers les niveaux du sol, les micro-organismes et les racines des plantes absorbent les excès de produits chimiques [source :ESA]. Sachant cela, les ingénieurs ont créé un nouveau type de béton perméable qui permet à l'eau de pluie de traverser la chaussée et de laisser la nature faire son travail.
Le béton perméable ou perméable est fait de gros grains de roche et de sable, laissant entre 15 et 35 pour cent d'espace libre dans la chaussée [source :EPA]. Des dalles de béton perméable sont posées sur du gravier ou un autre matériau de base poreux qui permet à l'eau de pluie de se déposer sur le substrat du sol en dessous. Le béton perméable est un excellent remplacement pour l'asphalte dans les stationnements. Non seulement cela réduit considérablement le ruissellement, mais aussi la couleur plus claire du béton reflète la lumière du soleil et reste plus fraîche en été.
Une éponge de carbone en aérogel repose sur cette fleur de cerisier. Bien qu'il soit plus léger que l'hélium, il peut absorber l'huile 250-900 fois sa propre masse. © Imaginechina/Corbis Si la célèbre statue en marbre de David de Michel-Ange était en aérogel, il ne pèserait que 4 livres (2 kilogrammes) ! L'aérogel est l'une des substances les moins denses sur Terre, un matériau solide semblable à de la mousse qui conserve sa forme même s'il est presque aussi léger que l'air. Certains types ont des densités seulement trois fois plus lourdes que l'air, mais généralement les aérogels sont 15 fois plus lourds que l'air [source :Aerogel.org].
Vous pourriez considérer le gel comme une substance humide, comme le gel pour les cheveux. Mais l'aérogel est fabriqué en retirant le liquide d'un gel. Tout ce qui reste est la structure de silice - qui est de 90 à 99% d'air. L'aérogel est presque en apesanteur, mais peut être filé en fines feuilles de tissu aérogel. Dans les projets de construction, le tissu aérogel démontre des propriétés "super-isolantes". Sa structure poreuse rend difficile le passage de la chaleur. Dans les essais, le tissu aérogel avait deux à quatre fois le pouvoir isolant de l'isolant traditionnel en fibre de verre ou en mousse [source :LaMonica]. Une fois le prix baissé, il pourrait être largement utilisé dans la construction.
Cette table change de couleur quand quelque chose de chaud y repose, grâce à une surface réactive à la température. Studios de couleurs mobiles Si vous étiez vivant en 1991 et que vous viviez en surface, il y a de bonnes chances que vous possédiez un t-shirt Hypercolor. Par un miracle scientifique — un miracle appelé colorant thermochromique – les gens d'Hypercolor ont fabriqué des t-shirts qui ont changé de couleur avec la température de votre corps. Les publicités le rendaient super cool et sexy; votre petite amie pourrait mettre ses mains chaudes sur votre poitrine et laisser une marque lumineuse. Mais en réalité, les parties les plus chaudes de votre corps sont généralement vos aisselles. Aisselles lumineuses =pas super sexy.
Aujourd'hui, une entreprise appelée Moving Color fabrique des carreaux décoratifs en verre recouverts de peinture thermochromique qui "prennent vie" avec les températures de surface changeantes. À température ambiante, les carreaux sont d'un noir brillant, mais lorsque vous touchez les carreaux - ou les frappez avec de la lumière directe ou de l'eau chaude - les couleurs se transforment comme les aurores boréales en bleus irisés, roses et verts. L'application la plus cool doit être la douche aux couleurs changeantes. La bonne nouvelle pour Moving Color est que les maisons n'ont pas d'aisselles.
Kirstin Petersen, chercheur universitaire en intelligence artificielle à l'Université Harvard, présente des robots inspirés des termites lors de la réunion de l'American Association for the Advancement of Science à Chicago en 2014. KERRY SHERIDAN/AFP/Getty Images L'un des constructeurs les plus ingénieux de la nature est l'humble termite. Avec un cerveau de la taille d'un grain de sable, il travaille aux côtés de centaines de milliers de compagnons de monticules pour construire des structures de boue colossales et complexes. Les termites ont attiré l'attention des chercheurs en robotique de Harvard parce que les insectes ne reçoivent pas d'ordres d'un architecte central des termites. Chaque termite travaille seul selon des règles de comportement génétiquement programmées. Ensemble, comme un essaim d'individus déterminés, ils créent des œuvres monumentales de boue.
Inspiré des termites, des chercheurs du groupe de recherche sur les systèmes auto-organisés de Harvard ont construit une petite robotique de construction programmée pour fonctionner ensemble comme un essaim. Les robots à quatre roues peuvent construire des murs en briques en soulevant chaque brique, escalader le mur et poser la brique dans un endroit ouvert. Ils ont des capteurs pour détecter la présence d'autres robots et des règles pour s'écarter les uns des autres. Comme les termites, personne ne les "contrôle", mais ils sont programmés pour construire collectivement une conception spécifique.
Imaginez les applications :essaimage de robots construisant des murs de digue le long d'un littoral dangereusement inondé; des milliers de petits robots construisant une station spatiale sur Mars; ou des gazoducs sous-marins profonds assemblés par des essaims de robots nageurs. Une expérience similaire a utilisé un essaim de robots volants autonomes pour construire une tour en briques ondulante astucieusement [source :Liggett].
Ma Yihe (à gauche) montre les murs imprimés en 3D des maisons que son entreprise construit à Shanghai, Chine. Son entreprise prévoit d'en construire 10 en une journée. © Pei Xin/Xinhua Press/Corbis L'impression 3D est enfin devenue courante. Makerbot vend des machines de bureau astucieuses (et à peu près abordables) qui peuvent imprimer des jouets en plastique 3D entièrement rendus, bijoux, pièces de machines et membres artificiels. Mais que faire si vous voulez imprimer quelque chose de plus gros qu'une boîte à chaussures ? Pourriez-vous réellement construire une imprimante 3D assez grande pour imprimer une maison en plastique ?
La réponse est oui." Un cabinet d'architecture néerlandais a lancé un ambitieux projet d'art public pour construire une maison imprimée en 3D. Mais d'abord, ils ont dû construire l'une des plus grandes imprimantes 3D du monde, appelé le Kamermaker ou "room maker". Utilisant le même matériau plastique source que les imprimantes 3D à petite échelle, le Kamermaker peut imprimer de grands composants en plastique de type LEGO qui seront assemblés dans des pièces individuelles de la maison. Les pièces seront alors verrouillées ensemble - encore une fois, pensez LEGO - avec les extérieurs imprimés de la maison conçus pour ressembler à une maison de canal hollandaise traditionnelle.
Pendant ce temps, une entreprise de construction chinoise construit des maisons à l'aide d'une imprimante 3D géante qui pulvérise des couches de ciment et de déchets de construction pour assembler les maisons. L'entreprise dit que les maisons coûteront moins de 5 $, 000 chacun, et il peut en produire jusqu'à 10 par jour [source :Guardian].
Pas besoin d'une voiture à panneaux solaires si nous proposons des routes qui peuvent alimenter sans fil une voiture électrique. © Chris Rogers/Corbis Google monopolise tous les feux de la rampe avec sa voiture autonome, mais à quoi servent les voitures intelligentes si elles doivent encore rouler sur des routes « muettes » ?
L'une des nouvelles idées les plus excitantes est une chaussée qui agit comme un chargeur pour les véhicules électriques. Une entreprise néo-zélandaise a déjà construit un grand « bloc d'alimentation » qui peut recharger sans fil une voiture électrique garée [source :Barry]. La prochaine étape consiste à intégrer la technologie de recharge sans fil dans le revêtement routier réel afin que les véhicules électriques puissent se recharger en déplacement. Fini les stations-service !
D'autres idées intrigantes qui pourraient se réaliser un jour incluent des surfaces de route qui absorbent la lumière du soleil pour produire de l'électricité, ou – encore plus cool – incrustant la route de cristaux piézoélectriques qui capturent les vibrations des voitures qui passent et les convertissent en énergie utilisable [source :zéro à 60 fois].
La coquille dure de l'ormeau a inspiré les chercheurs du MIT à isoler l'enzyme utilisée par l'ormeau pour minéraliser le C02 afin de construire leurs coquilles. Un jour, nous pourrions peut-être fabriquer des briques de carbone à partir de C02. Bill Brennan/Perspectives/Getty Images Le dioxyde de carbone (CO2) rejeté par les centrales électriques et les automobiles est la plus grande source de gaz à effet de serre d'origine humaine. Chaque année, nous pompons plus de 30 milliards de tonnes métriques (33 milliards de tonnes) de CO2 dans l'atmosphère où il accélère les effets néfastes du réchauffement climatique [source :Trafton]. Alors que le secteur de l'énergie expérimente le piégeage ou la « séquestration » des émissions de CO2 sous terre, une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a utilisé avec succès des levures génétiquement modifiées pour convertir le gaz CO2 en solide, matériaux de construction à base de carbone.
Comme l'équipe de termites de Harvard, les chercheurs du MIT se sont également inspirés de la nature, cette fois l'ormeau. Comme les autres crustacés, l'ormeau peut convertir le CO2 et les minéraux d'origine océanique en carbonate de calcium pour construire leurs coquilles dures comme la roche. Les chercheurs ont isolé l'enzyme que l'ormeau utilise pour minéraliser le CO2 et ont conçu un lot de levure pour le produire. Un bécher rempli de levure génétiquement modifiée peut produire 2 livres (1 kilogramme) de carbonate solide à partir de seulement 1 livre (0,5 kilogrammes) de C02 [source :Trafton]. Imaginez combien de briques de carbone ils pourraient fabriquer avec 30 milliards de tonnes de CO2.
Pour plus de liste d'inventions qui changent le monde et de prédictions futuristes, consultez les liens HowStuffWorks connexes sur la page suivante.
Il y a quelque chose à la fois exaltant et terrifiant à regarder un essaim de robots volants autonomes construire quelque chose de beau, ou une voiture robotique autonome s'arrête en toute transparence jusqu'au service au volant Taco Bell. Nous créons des machines dont l'intelligence artificielle rivalisera bientôt avec notre propre intelligence « organique ». Dans 99 % des cas, ce sera invariablement une bonne chose, rendre les routes plus sûres - les voitures Google n'ont pas encore eu d'accident ou de contravention - et automatiser des tâches qui nécessitaient des centaines d'heures de travail humain dangereux. Mais si Hollywood nous a appris quelque chose, c'est que les machines intelligentes finiront par se rebeller contre nous et récolteront nos organes pour l'alimentation par batterie. J'espère juste que notre course au progrès scientifique est tenue en échec par un fort interrupteur éthique "off". Juste pour être sûr, Je débranche tous mes appareils "intelligents" la nuit. J'aime ma rate là où elle est, Merci.
