L'industrie de la construction est actuellement confrontée à deux défis majeurs :la demande d'infrastructures durables et la nécessité de réparer les bâtiments qui se détériorent, ponts et routes. Alors que le béton est le matériau de choix pour de nombreux projets de construction, il a une empreinte carbone importante, entraînant des déchets et des dépenses énergétiques élevés. Aujourd'hui, les chercheurs rapportent des progrès vers un matériau de construction durable fabriqué à partir du sol local, à l'aide d'une imprimante 3D pour créer une structure porteuse.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion et de l'exposition virtuelles de l'American Chemical Society (ACS) à l'automne 2020.

« L'impact environnemental de l'industrie de la construction est un problème de plus en plus préoccupant, " dit Sarbajit Banerjee, Doctorat., le chercheur principal du projet. « Certains chercheurs se sont tournés vers la fabrication additive, ou des structures de construction couche par couche, ce qui est souvent fait avec une imprimante 3D. Cette avancée a commencé à transformer ce secteur en termes de réduction des déchets, mais les matériaux utilisés dans le processus doivent également être durables."

Par exemple, les projets de construction utilisant des couches de béton extrudé ont mis en évidence le potentiel de la fabrication additive pour les structures de construction rapidement et à moindre coût. Cependant, la fabrication du béton est responsable d'environ 7 % des émissions de dioxyde de carbone selon l'Agence internationale de l'énergie, et ne peut pas être recyclé.

« Historiquement, les humains construisaient avec des matériaux locaux, comme Adobe, mais le passage au béton a soulevé de nombreux problèmes environnementaux, " dit Aayushi Bajpayee, un étudiant diplômé du laboratoire de Banerjee à la Texas A&M University. Elle présente le travail à la réunion. "Notre pensée était de revenir en arrière et de trouver un moyen d'adapter les matériaux de nos propres arrière-cours en remplacement potentiel du béton."

Un avantage à utiliser le sol local dans la construction est que les matériaux n'auraient pas besoin d'être fabriqués et transportés sur le chantier, réduire à la fois les coûts et les dommages environnementaux. Banerjee et Bajpayee disent aussi que la fabrication additive avec de la terre pourrait un jour être utilisée au-delà de la Terre, pour créer des colonies sur la lune ou même sur Mars.

Le sol est généralement classé par les couches de matériaux qu'il comprend, commençant par la couche organique supérieure où poussent les plantes et se terminant par le substrat rocheux dur de la croûte terrestre. Sous la couche organique initiale se trouve de l'argile, qui donne au sol son plastique, caractère moulable que les chercheurs ont capitalisé dans leur projet.

Les chercheurs ont commencé par collecter des échantillons de sol dans le jardin d'un collègue et à adapter le matériau avec un nouvel additif respectueux de l'environnement afin qu'il se lie et soit facilement extrudé via l'imprimante 3D. Parce que les sols varient considérablement selon l'emplacement, leur objectif était de disposer d'une "boîte à outils" chimique qui pourrait transformer n'importe quel type de sol en matériau de construction imprimable. De là, Bajpayee a construit des structures d'essai à petite échelle, cubes mesurant deux pouces de chaque côté, pour voir comment le matériau se comporte lorsqu'il est extrudé en couches empilées.

L'étape suivante consistait à s'assurer que le mélange est porteur, ce qui signifie qu'il résistera au poids des couches mais aussi à d'autres matériaux utilisés dans la construction tels que les barres d'armature et l'isolation. Pour vous aider, les chercheurs ont renforcé le mélange d'argile en "fermant à glissière" les couches microscopiques à sa surface pour l'empêcher d'absorber l'eau et de se dilater, ce qui compromettrait la structure imprimée. Avec cette méthode, les chercheurs ont montré que le matériau pouvait supporter deux fois plus de poids que le mélange d'argile non modifié.

Prochain, l'équipe prévoit d'améliorer les capacités portantes du sol afin d'augmenter ses structures d'essai et de se rapprocher le plus possible d'un remplacement du béton. En outre, ils collectent des données pour voir si ces structures imprimées en 3D sont aussi respectueuses de l'environnement qu'elles l'envisagent, notamment en termes d'empreinte carbone et de potentiel de recyclage. Une fois qu'ils ont une meilleure idée de la chimie, fonctionnalité et faisabilité de construire avec des sols locaux, ils prévoient d'explorer plus avant comment cette technologie peut être utilisée au-delà de notre propre planète.