Le béton armé de fibres de carbone accélère en Allemagne

L'université technique de Dresde en Allemagne a annoncé le début de la construction de sa maison de démonstration technologique C³ CUBE, connue localement sous le nom de Carbonhaus. La TU Dresden affirme que le bâtiment de 220 mètres carrés et de deux étages sera le premier bâtiment au monde entièrement fabriqué en béton renforcé de fibres de carbone.

Financé par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche, le projet de 5 millions d'euros a débuté en 2017 et se terminera au printemps 2021 dans un bâtiment universitaire comprenant des salles de classe, des laboratoires et des espaces de présentation. Bien que les fondations aient été coulées en mars 2020, la poursuite des travaux de construction n'a repris qu'à la suite d'un retard causé par un coronavirus.

La conception, raffinée par le cabinet d'architecture munichois HENN, met en valeur la légèreté et la formabilité du béton renforcé de fibres de carbone via son élément « twist » et, comme le rapporte John Caulfield dans Building Design + Construction , un mur de béton sans joint de 24 mètres de long.

La « torsion » est formée de deux éléments en forme de coque qui servent de mur et de toit. L'autre élément principal est une boîte préfabriquée à deux niveaux. Du béton renforcé de fibres de carbone est utilisé pour les deux sections. Une fois terminé, le bâtiment mesurera environ 40 mètres de long, 7,2 mètres de large et 6,9 mètres de hauteur maximale.

Le projet C³ - Carbon Concrete Composite est actuellement le plus grand projet de recherche de l'industrie allemande de la construction. Le béton de carbone composite a été étudié, développé et de plus en plus appliqué dans la pratique (depuis 2006) avec l'aide d'un consortium de plus de 150 partenaires et de plus de 300 projets individuels.

Le matériau le plus utilisé au monde après l'eau - le béton - a toujours conduit à une forte consommation de matières premières. La production de ciment à elle seule est responsable de 6,5% des émissions totales de dioxyde de carbone, environ trois fois le CO₂ émis par l'aviation mondiale.

Dédié à l'exploration de nouvelles stratégies de construction utilisant des fibres de carbone renforcées
concrètement, 12 millions d'euros sur 4 ans financeront 26 chercheurs. Ils poursuivront non seulement le remplacement du béton armé d'acier précédent, mais développeront également de nouvelles stratégies de conception adaptées aux propriétés du béton armé de fibres de carbone.

Le projet est dirigé par le Dr Manfred Curbach, chercheur de longue date en béton renforcé de fibres de carbone et de textile de la TU Dresden, et s'intitule « Construction pour l'avenir : CRC/TR 280 Stratégies de conception pour les structures en béton de carbone utilisant un minimum de matériau – Les fondamentaux d'une nouvelle façon de construire. »

Les partenaires incluent RWTH Aachen University (Aix-la-Chapelle, Allemagne) et le Leibniz Institute of Polymer Research (IPF, Dresde). Un extrait du synopsis du projet explique :

« Les nouveaux matériaux permettent de nouvelles conceptions et de nouvelles méthodes de construction. Cela semble assez simple, mais il y a souvent un long chemin à parcourir. En ingénierie architecturale, les processus d'innovation sont particulièrement longs en raison des exigences élevées en matière de sécurité et de durabilité ainsi que des procédures complexes de normalisation et d'approbation. C'est encore plus vrai pour les combinaisons de matériaux de construction à hautes performances tels que le béton armé textile et le béton au carbone, qui entraîneront un changement de paradigme sinon une révolution dans la construction avec le béton, le matériau de construction le plus important au monde en termes de volume.

« L'utilisation de béton de carbone peut réduire considérablement à la fois l'énorme consommation de ressources et le CO₂ émissions de l'industrie de la construction, tout en donnant accès à des fonctions supplémentaires. Cependant, les premiers projets de construction ont démontré que malgré les nouvelles possibilités, … les matériaux conventionnels sont simplement remplacés. Le plein potentiel du matériau composite innovant en béton de carbone ne sera réalisé à l'avenir que s'il est associé à des stratégies de conception intelligentes.

"Une recherche fondamentale approfondie ainsi qu'une approche holistique sont les conditions préalables pour trouver des méthodes appropriées pour la conception, la modélisation et la projection avec de nouveaux matériaux de construction. Pour le béton composite carbone, cela implique des principes de construction légère adaptés au matériau. … Le développement de nouvelles structures est étroitement lié aux problèmes de fabrication, en tenant compte à la fois d'une évaluation de la durabilité liée au produit et d'un raffinement adéquat du composite lui-même.

« Les stratégies de construction qui s'avéreront efficaces permettront des formes complètement différentes. Les nouvelles stratégies de conception et combinaisons de matériaux réduiront la consommation de ressources et d'énergie en raison de principes de construction légers jusqu'alors inconnus, tout en offrant en même temps une grande aptitude à l'utilisation, une sécurité structurelle et une durabilité. De plus, ces nouvelles stratégies et composites se reflètent dans une esthétique ambitieuse, qui peut devenir un nouvel « art de construire ». »

Fibre de carbone pour le renforcement du béton en grands volumes

Le reportage « Armatures de béton en carbone en gros volumes » a été publié en janvier 2020 par Breton et plus tard en mars par BFT International , une revue spécialisée reconnue pour les fabricants de produits en béton et préfabriqués en béton. Hitexbau (Augsbourg, Allemagne) a développé une ligne de production hautement automatisée de renforts en fibre de carbone, permettant de grandes dimensions ainsi que de grands volumes. Les grilles en treillis sont disponibles sous forme de rouleaux ou de feuilles et permettraient d'utiliser des bétons avec un grand diamètre de grain allant jusqu'à 16 millimètres.

En combinaison avec des revêtements spéciaux des structures de renforcement textiles et avec différentes formulations de béton, Hitexbau affirme que ces renforcements permettent d'obtenir un béton avec une résistance à la compression maximale de 3 300 newtons par mètre carré.

Depuis 2015, Hitexbau travaille en étroite collaboration avec TU Dresden et RWTH Aachen pour développer des renforts textiles en fibre de carbone pour l'industrie du bâtiment et de la construction. En plus de fournir des renforts, il propose le développement de produits et des tests en laboratoire.

Note de la rédaction : Altus Group (Greenville, SC, US) est une alliance de fabricants de béton préfabriqué qui apporte des technologies innovantes sur le marché de la construction. En 2017, ses membres avaient réalisé plus de 1 400 projets utilisant la technologie CarbonCast renforcée de CFRP, pour un total de 40 millions de pieds ² (3,7 millions de m ² ). Veuillez lire la technologie CarbonCast, développée avec Chomarat North America (Williamston, SC, États-Unis) à l'aide de son produit C-GRID dans l'article 2017 : « Haute performance dans le béton préfabriqué avec CFRP ».