Le premier bâtiment en béton armé de fibre de carbone d'Allemagne prend forme à l'Université technique de Dresde

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

Financé par le Ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche, le projet de 5 millions d'euros a commencé en 2017 et culminera au printemps 2021 en un bâtiment universitaire comprenant salles de classe, laboratoires et espaces de présentation. Bien que les fondations aient été coulées en mars 2020, la construction n'a repris que maintenant après un retard causé par le coronavirus.

Le design, affiné par l'agence d'architecture munichoise HENN, met en valeur la légèreté et la formabilité du béton armé de fibre de carbone via son élément « twist » et, comme rapporté par John Caulfield dans Building Design + Construction, un mur en béton sans joint de 24 mètres de long.

Le « twist » est formé de deux éléments coquilles qui servent de mur et de toit. L'autre élément principal est une boîte préfabriquée à niveaux décalés. Le béton armé de fibre 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 dans l'industrie de la construction allemande. Le matériau composite béton carbone a été recherché, développé et de plus en plus appliqué en pratique (depuis 2006) avec l'aide d'un consortium de plus de 150 partenaires et plus de 300 projets individuels.

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

Dédiés à l'exploration de nouvelles stratégies de construction utilisant le béton armé de fibre de carbone, 12 millions d'euros sur 4 ans financeront 26 chercheurs. Ils poursuivront non seulement le remplacement du béton armé d'acier précédent, mais aussi le développement de nouvelles stratégies de conception adaptées aux propriétés du béton armé de fibre de carbone.

Le projet est dirigé par le chercheur de longue date de TU Dresden sur le béton armé de fibre de carbone et de textiles, le Dr Manfred Curbach, et est intitulé : « Construction pour l'avenir : CRC/TR 280 Stratégies de conception pour structures en béton carbone utilisant un minimum de matériau — Fondamentaux pour une nouvelle façon de construire. »

Les partenaires incluent l'Université RWTH Aachen (Aachen, Allemagne) et l'Institut Leibniz de recherche sur les polymères (IPF, Dresde). Un extrait de la synopsis du projet explique :

« Les nouveaux matériaux permettent de nouveaux designs 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 prennent un temps particulièrement long en raison des exigences élevées en matière de sécurité et de durabilité ainsi que des procédures complexes de normalisation et d'approbation. Cela est encore plus vrai pour les combinaisons de matériaux de construction haute performance telles que le béton armé de textiles et le béton carbone, qui apporteront 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 du béton carbone peut réduire significativement l'énorme consommation de ressources et les émissions de CO2 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 substitués. Le plein potentiel du matériau composite innovant béton carbone ne sera réalisé à l'avenir que s'il est combiné avec des stratégies de conception intelligentes. »

« Une recherche fondamentale approfondie ainsi qu'une approche holistique sont les prérequis pour trouver des méthodes appropriées pour la conception, la modélisation et la projection avec de nouveaux matériaux de construction. Pour le composite béton carbone, cela implique des principes de construction légère adaptés au matériau. ... Le développement de nouvelles structures est étroitement lié aux questions de fabricabilité, en tenant compte à la fois d'une évaluation de 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 grâce à des principes de construction légère jusqu'alors inconnus, tout en offrant 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 pourrait se développer en un nouvel "art de construire". »

Fibre de carbone pour armature béton en grands volumes

L'article « Armature en carbone pour béton en grands volumes » a été publié en janvier 2020 par Breton et plus tard en mars par BFT International, un journal professionnel reconnu pour les fabricants de béton et de produits en béton préfabriqué. Hitexbau (Augsbourg, Allemagne) a développé une ligne de production hautement automatisée pour les armatures en fibre de carbone, permettant de grandes dimensions ainsi que de grands volumes. Les grilles de treillis sont disponibles en rouleaux ou en feuilles et permettraient, selon les dires, d'utiliser des bétons avec un diamètre de grain allant jusqu'à 16 millimètres.

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

Depuis 2015, Hitexbau travaille en étroite coopération avec TU Dresden et RWTH Aachen pour développer des armatures textiles en fibre de carbone pour l'industrie du bâtiment et de la construction. En plus de fournir des armatures, elle offre le développement de produits et les essais en laboratoire.

Note de l'éditeur : 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 CFRP CarbonCast, totalisant 40 millions de pieds carrés (3,7 millions de m²). Veuillez lire sur la technologie CarbonCast, développée avec Chomarat North America (Williamston, SC, US) en utilisant son produit C-GRID dans l'article de 2017 : « Higher performance in precast concrete with CFRP ».