La végétalisation des murs est un moyen sûr et efficace de les protéger et de les rendre plus performants thermiquement. De nombreuses solutions sont déjà proposées pour végétaliser les murs mais personne n’avait encore eu l’idée de partir de la technologie de l’impression 3D pour faire pousser les plantes. Les chercheurs de l’Université de Virginie (UVA) y sont parvenus…
La bioconstruction circulaire repose sur une utilisation plus efficace des matières premières dans la construction, contribuant ainsi à réduire les émissions de carbone pendant le cycle de vie d’un bâtiment. Non seulement la plupart des composants et des matériaux utilisés dans l’industrie de la construction ne sont pas adaptables, réutilisables ou recyclés pendant ou après leur cycle de vie, mais ils ne sont souvent pas d’origine locale. Rompre avec l’approche linéaire actuelle de la conception et de la construction de bâtiments pour adopter une approche circulaire nécessite des recherches et des prototypes dans les domaines de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction.
Soutenu par le laboratoire de fabrication de l’École d’architecture et une bourse 3 Cavaliers, E. Baharlou a mis en place un système de fabrication de fabrication additive pour imprimer en 3D de grandes structures. La pièce maîtresse est un robot industriel avec une portée de 1 à 1,2 mètres qui peut déposer des matériaux adaptés aux objectifs souhaités par un architecte pour une structure, tels que l’espace, la fonction et la géométrie. Crédit photo : Tom Daly
Bien que les progrès des biomatériaux et des nouvelles technologies évoluent peu à peu, nous devons néanmoins nous demander si les structures et les bâtiments que nous occupons doivent être séparés de la nature qui les entoure. C’est la question qui a conduit les chercheurs de l’Université de Virginie (UVA) à développer des structures de sol géométriquement complexes imprimées en 3D sur lesquelles les plantes pourraient pousser librement.
L’équipe a développé une méthode d’impression 3D avec des matériaux biosourcés, incorporant la circularité dans le processus. Au lieu de matériaux traditionnels en béton ou en plastique, la matière première utilisée est le sol lui-même et des plantes locales mélangées à de l’eau, le tout inséré dans l’imprimante pour former des murs et des structures. En combinant la vitesse, la rentabilité et la faible demande énergétique avec des matériaux biosourcés d’origine locale, le processus de fabrication additive peut évoluer et créer des structures imprimées en 3D entièrement biodégradables, retournant à la terre en fin de vie.
L’équipe, composée de Ji Ma, professeur adjoint de sciences et de génie des matériaux à l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’UVA, David Carr, professeur-chercheur au Département des sciences de l’environnement de l’UVA, et Ehsan Baharlou, professeur adjoint à l’UVA School of Architecture, ainsi que Spencer Barnes, étudiant à l’Université. Barnes a mené des expériences sur les mélanges les plus propices à l’impression, à travers deux approches :
- imprimer le sol et les graines en couches séquentielles
- mélanger les graines avec le sol avant l’impression
Les deux approches ont bien fonctionné.
Comme le souligne Ji Ma dans cet article publié par l’Université , » le sol imprimé en 3D a tendance à perdre de l’eau plus rapidement et garde une plus grande emprise sur l’eau qu’il contient « , a déclaré Ma. « Parce que l’impression 3D rend l’environnement autour de la plante plus sec, nous devons incorporer des plantes qui aiment les climats plus secs. La raison pour laquelle nous pensons que c’est le cas est que le sol est compacté. Lorsque le sol est pressé à travers la buse, les bulles d’air sont expulsées. Lorsque le sol perd des bulles d’air, il retient plus étroitement l’eau. »
Les expériences menées par l’équipe de recherche de Baharlou ont révélé que les structures de sol imprimées en 3D peuvent soutenir la croissance des plantes, mais seraient probablement limitées aux plantes qui peuvent survivre avec peu d’eau. Photo E. Baharlou
David Carr, à son tour, était chargé de trouver la composition idéale du sol pour l’impression et les espèces végétales les plus propices. Ces découvertes garantiraient que les plantes pourraient prospérer dans la structure et que le sol pourrait accumuler de la matière organique et collecter les nutriments nécessaires. Il a proposé des plantes qui poussent naturellement dans des zones qui semblent être aux limites extérieures de la vie – des plantes indigènes qui poussent pratiquement sur des rochers nus. L’essence choisie fut le Sedum (Stonecrop), couramment utilisée pour les toits verts. La physiologie de cette espèce est similaire à celle du cactus et elle peut survivre avec très peu d’eau, et peut même s’assécher dans une certaine mesure afin de récupérer.
« Nous travaillons avec des sols locaux et des plantes mélangées à de l’eau ; la seule électricité dont nous avons besoin est pour déplacer le matériau et faire fonctionner une pompe pendant l’impression. Si nous n’avons pas besoin d’une pièce imprimée ou si elle n’est pas de la bonne qualité, nous pouvons recycler et réutiliser le matériau dans le prochain lot d’encres », a déclaré Baharlou.
L’équipe a publié ses premiers résultats plus tôt cette année dans l’article intitulé Impression 3D écologiquement active de structure en terre active. La recherche autour de la technologie s’est poursuivie et les prochaines étapes prévoient des formulations « d’encre » de sol pour des structures plus grandes avec au moins un étage, cherchant à anticiper des problèmes tels que la rupture du sol dans des tensions plus importantes. De plus, les chercheurs ont également expérimenté différentes couches à l’intérieur d’un panneau mural afin d’isoler la paroi intérieure et de maintenir l’humidité de la paroi extérieure. Bien qu’il ne s’agisse que d’un début, cela peut être un pas en avant pour rapprocher la nature de la fabrication humaine.
Ehsan Baharlou, professeur adjoint à l’École d’architecture de l’UVA, se concentre sur l’intégration du calcul de conception et du processus de matérialisation. Crédit photo : Tom Daly
Crédits photos : Tom Daly et université de Virginie