Contribution au potentiel de la fabrication additive dans la construction : Proposition d’une formulation cimentaire imprimable

Contribution to the potential of Additive Manufacturing : On the development of a printable cement based material.

• Auteur / Autrice : Imane Krimi
• Direction : Zoubeir Lafhaj, Laure Wirbel - Ducoulombier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil - Matériaux
• Date : Soutenance le 08/12/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML) - Laboratoire de mécanique de Lille / LML
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Al-Hussein
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Richard Gagné, Agnès Jullien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Construction en béton

Construction industrialisée

Extrusion (mécanique)

Béton -- Additifs

Ciment

Impression 3D

Mots clés libres

Impression 3D

Ciment

Bétons

Modes constructifs

Applicabilité industrielle

Extrusion indirecte

Rhéologie

Adjuvants

3D printing

Cement

Concrete

Construction methods

Industrial applicability

Indirect extrusion

Rheology

Admixtures

Résumé

La fabrication additive (Impression 3D) consiste à fabriquer des objets couche par couche en utilisant un modèle 3D, un matériau approprié et une machine dédiée. Pour la construction, c’est un nouveau mode constructif qui se profile. Depuis 2010, la fabrication additive a fait un saut technique et médiatique dans ce secteur. Les projets d’impression 3D se sont multipliés et diversifiés avec les premières maisons construites entièrement au moyen de cette technologie (Winsun, D-Shape, Contour Crafting, Apis Cor…etc). Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une thèse CIFRE démarrée en 2015 entre le laboratoire de génie civil de l’Ecole Centrale de Lille et l’entreprise Bouygues Construction. L’objectif de ce travail est d’étudier le potentiel de la fabrication additive pour la construction et plus précisément de proposer une formulation à matrice cimentaire qui sera mise en œuvre par impression 3D.La thèse est organisée en trois grandes parties.La première partie est consacrée à la définition de l’impression 3D et des matériaux cimentaires pour définir leurs interactions. La deuxième partie est dédiée à la formulation d’un matériau cimentaire imprimable. L’imprimabilité a été définie par trois indicateurs : l’extrudabilité, la buildabilté et l’adhérence. La troisième partie est destinée à la validation de la formulation proposée. Ce travail peut être considéré comme une première approche pour définir un protocole d’évaluation de l’imprimabilité des matériaux cimentaires à l’échelle du laboratoire ainsi qu’une première étape pour la conception d’une imprimante 3D destinée et adaptée à la construction.

Additive Manufacturing (3D printing) consists in building an object layer by layer following a 3D model. For this purpose an appropriate material, machine and model are needed. From Construction industry point of view, 3D printing is considered as a new building method. Since 2010, the use of 3D printing for construction has known a large evolution. More and more real construction projects are using this new technology. Some of these examples are Winsun in China, D-Shape in Italy, Contour Crafting in California or Apis Cor in Russia…etc.The work presented in this manuscript was conducted through an industrial PhD thesis (CIFRE) which was launched between “Ecole Centrale de Lille” and “Bouygues Construction” in 2015. The objective of this work was to study the potential of large scale 3D printing integration in the construction process and more precisely the development of a printable cement based mix design.The work is organized in three main parts.The first part was dedicated to 3D printing and cement based material as general concepts. Then their interactions were analyzed. The second part was devoted to the printable mix design. The printability was defined using three indicators: Extrudability, Buildability and layers adhesion. The third part was dedicated to check the printability of the proposed mix design. This work may be considered as a first approach to define a laboratory scale methodology for cement based materials printability testing. It is also a step to contribute to the development of construction 3D printers.