Mise au point d'un process échelle 1 d'impression 3D de béton avec fibres longues

Development of a scale 1 process for 3D printing of concrete with long fibers

• Auteur / Autrice : Léo Demont
• Direction : Jean-François Caron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structures et Matériaux
• Date : Soutenance le 14/11/2023
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Dufrasnes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Caron, Arnaud Perrot, Sébastien Rémond, Romain Mesnil, Maylis Uhart, Jean-François Maire
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Perrot, Sébastien Rémond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Béton

Impression 3D

Mots clés libres

Composite

Impression 3D

Fibres longues

Procédé

Béton

Process

Concrete

Long fibers

3D printing

Composite

Résumé

Les procédés d’impression 3D de béton par extrusion se sont fortement développés dans les dernières décennies. Cependant, d’un point de vue réglementaire on ne peut pas construire avec le béton imprimé sans le renforcer, ce qui limite fortement le champ d’application de cette technologie. On se propose ainsi de mettre au point un procédé d’impression 3D de béton fibré, appelé Pultrusion interne ou Flow-Based Pultrusion, qui nous permettra de renforcer le matériau et d’obtenir la ductilité nécessaire pour construire avec le béton imprimé. Cette thèse est focalisée sur la mise en œuvre du procédé « échelle 1 », la caractérisation mécanique du matériau obtenu et ce à plusieurs échelles allant du boudin imprimé jusqu’à la réalisation d’une poutre-prototype démonstratrice, et enfin la caractérisation du taux de structuration de la matrice cimentaire imprimée à l’état frais pour maîtriser le procédé. Cette thèse s'inscrit dans le prolongement de travaux du laboratoire Navier et s'appuie sur la plateforme technologique de recherche et développement régionale Build'In de l'Ecole des Ponts ParisTech qui développe des solutions robotisées pour la construction.

Extrusion-based 3D concrete printing processes have seen significant development in the last decades. However, from a regulatory perspective, it is not possible to build with printed concrete without reinforcement, which greatly limits the scope of this technology. We therefore propose to develop a 3D printing process for fiber-reinforced concrete, known as Flow-Based Pultrusion, which will enable us to reinforce the material and achieve the necessary ductility to build with printed concrete. This thesis focuses on the implementation of the ''1:1 scale'' process, mechanical characterization of the obtained material at various scales, ranging from the printed lace to the production of a demonstrative prototype beam. Additionally, it involves the characterization of the structuration rate of the fresh cementitious matrix for process control. This thesis builds upon the work of the Navier laboratory and relies on the Build'In regional technological research and development platform at the Ecole des Ponts ParisTech, which specializes in robotic solutions for construction.