Impression 3D sans Coffrage de Structures en Terre.

Scaffold-free 3D Printing of Earthen Shells

• Auteur / Autrice : Mahan Motamedi
• Direction : Olivier Baverel, Romain Mesnil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Architecture
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ville, Transports et Territoires (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géométrie, structure, architecture (Paris) - Laboratoire "Géométrie, Structure et Architecture"
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Dufrasnes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Baverel, Romain Mesnil, Kristina Shea, José Pinto duarte, Romain Anger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kristina Shea, José Pinto duarte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mortier

Constructions en argile

Construction -- Matériaux

Impression 3D

Mots clés libres

Construction robotique

Construction en terre

Impression 3D en terre

Impression 3D d'argile

Voûtes en terre

Fabrication Numérique

Earth 3D Printing

Earth Architecture

Robotic Construction

Computational Design

Shells and Vaults

Digital Fabrication

Résumé

Cette thèse présente une enquête complète sur le domaine émergent des techniques d'impression 3D pour les structures en terre dans la construction, en fusionnant les anciennes techniques de voûtes issues de l'architecture du désert avec les technologies modernes d'impression 3D. L'étude est motivée par le besoin croissant de solutions de construction durables et rentables. Elle commence par une revue de la littérature approfondie qui contextualise le travail dans le paysage plus large de l'impression 3D dans la construction et la science des matériaux. La recherche introduit de nouvelles considérations de conception, en se concentrant spécifiquement sur la grammaire de conception de Patching et la recherche de formes funiculaires, afin d'optimiser l'intégrité structurelle et la qualité esthétique des structures en terre. Une analyse rigoureuse de la mécanique des matériaux est menée, examinant la résistance des mortiers à base de terre et les exigences rhéologiques pour l'impression 3D d'argile. Le manuscrit explore en outre les méthodes d'automatisation et de fabrication, en employant la création d'ordres robotiques et le prototypage à diverses échelles pour valider les résultats théoriques. Le travail aboutit à des idées clés qui ont le potentiel de faire progresser considérablement le domaine de l'impression 3D dans la construction, en particulier avec des matériaux terrestres. Des recommandations pour des travaux futurs sont également fournies, décrivant les prochaines étapes pour des applications pratiques et des recherches supplémentaires. Dans l'ensemble, ce travail présente une approche novatrice pour la construction durable dans l'industrie AEC en mariant des anciennes techniques de voûtes avec une technologie de pointe.

This dissertation presents a comprehensive investigation into the emerging field of 3D printing techniques for earthen shells in construction. The study is motivated by the increasing need for sustainable and cost-effective building solutions. It begins with a thorough literature review that contextualizes the work within the broader landscape of 3D printing in construction and material science.The research introduces novel design considerations, specifically focusing on Patching design grammar and funicular form-finding, to optimize the structural integrity and aesthetic quality of earthen shells. A rigorous analysis of material mechanics is conducted, examining the green-strength of earth-based mortars and the rheological requirements for clay 3D printing.The manuscript further explores the automation and fabrication methods, employing robotic order creation and prototyping at various scales to validate the theoretical findings. The study culminates in key insights that have the potential to significantly advance the field of 3D printing in construction, particularly with earthen materials. Recommendations for future work are also provided, outlining the next steps for practical applications and further research.